(57)【要約】  超音波信号を用いて、変位を反復的に推定する変位推定方法であって、少なくとも１つの超音波信号を走査して、媒体に送信するステップと、走査された前記媒体から反射した前記超音波信号を受信するステップと、ウインドウサイズを計算するステップと、計算された前記ウインドウサイズに基づいて、ウインドウの境界を計算するステップと、計算された前記ウインドウを用いて、前記超音波信号のそれぞれの深度における変位を推定するステップと、推定された前記変位に基づいて、前記超音波信号をワーピングするステップと、ワーピングされた前記超音波信号を用いて、前記超音波信号の相関値が大きくなるように、この変位推定方法の収束を導くステップとを含む変位推定方法が開示される。
2011089898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号を用いて、変位を反復的に推定する変位推定方法であって、
少なくとも１つの超音波信号を走査して、媒体に送信するステップと、
走査された前記媒体から反射した前記超音波信号を受信するステップと、
ウインドウサイズを計算するステップと、
計算された前記ウインドウサイズに基づいて、ウインドウの境界を計算するステップと、
計算された前記境界による前記ウインドウを用いて、前記超音波信号のそれぞれの深度における変位を推定するステップと、
推定された前記変位に基づいて、前記超音波信号をワーピングするステップと、
ワーピングされた前記超音波信号を用いて、前記超音波信号の相関値が大きくなるように、この変位推定方法の収束を導くステップとを含む
変位推定方法。
【請求項２】
計算される前記ウインドウサイズは、連続する複数のラウンドに用いられる前記ウインドウサイズが、徐々に減少するように、変化される
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項３】
連続する複数の前記ラウンドの前記ウインドウサイズの上限と下限とのそれぞれを、徐々に減少するように変化させるステップと、
各深度での信号電力に基づいて、それぞれの深度における前記ウインドウサイズとして、その深度における上限と下限との間のウインドウサイズを計算するステップとを含む
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項４】
前記ウインドウサイズは、全てのウインドウにおける信号エネルギーが等しくなるように計算される
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項５】
超音波信号の相関値が大きくなるほど、より小さい前記ウインドウサイズが計算される
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項６】
前記境界は、当該境界による前記ウインドウが、対応する深度を中心に、対称のウインドウになるように、当該深度の両側に延びる
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項７】
前記境界は、対応する深度での、当該境界による前記ウインドウの両側における信号エネルギーが互いに等しくなるように、対応する前記深度の両側に延びる
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項８】
前記超音波信号を、計算された遅延値により、前記超音波信号内の各サンプルを遅延させることにより、ワーピングするステップを含む
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項９】
各ラウンドの後に、ワーピングされたＲＦ信号間の信号差分を計算するステップと、
計算された前記信号差分が最小になるラウンドを決定するステップとを含む
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項１０】
超音波信号を用いて、変位を反復的に推定する変位推定装置であって、
少なくとも１つの超音波信号を走査して、媒体に送信する送信部と、
走査された前記媒体から反射した前記超音波信号を受信する受信部と、
ウインドウサイズを計算するサイズ計算部と、
計算された前記ウインドウサイズに基づいて、ウインドウの境界を計算する境界計算部と、
計算された前記境界による前記ウインドウを用いて、前記超音波信号のそれぞれの深度における変位を推定する推定部と、
推定された前記変位に基づいて、前記超音波信号をワーピングするワーピング部と、
ワーピングされた前記超音波信号を用いて、前記超音波信号の相関値が大きくなるように、当該変位推定装置が実行する変位推定方法の収束を導く収束制御部とを含む
変位推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波信号を用いて変位を推定する方法を導入するものである。これは、最終的な結果、または、更なる処理のための中間ステップの何れであっても、変位推定が必要な適用例において、用いることができ、医療用および工業用超音波機器に用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
超音波装置は、高周波の機械的音波を、走査対象の媒体に対して送受信することにより、媒体を非侵襲で診断するものである。【０００３】
そのような装置のトランスデューサは、超音波を、走査対象の媒体に送信する。【０００４】
超音波は、散乱および反射することにより、その媒体の下層構造と相互作用する。【０００５】
なお、下層構造は、例えば、媒体の表面よりも、媒体の内部側における構造などをいう。下層構造は、例えば、人間の身体における血管などである。【０００６】
散乱および反射された超音波は、下層構造の有益な情報を含み、トランスデューサによって受信される。その後、超音波装置によって処理され、例えば画像情報としてユーザに提示される。【０００７】
図８は、超音波ＲＦ信号を示す図である。【０００８】
超音波装置が反射波から得る最も基礎的なデータの種類の１つとして、ＲＦ（Radiofrequency Signal）信号が挙げられる（図８）。【０００９】
これは、受信波を、アナログからデジタルに直接変換したものである。【００１０】
異なる適用例では、超音波ＲＦ信号から、輝度モード（Ｂモード）画像、ドップラー画像等、他の種類のデータを導出できる。【００１１】
多くの適用例のうちの１つは、走査された媒体の下層構造の動きを分析することである。【００１２】
ドップラー効果は、構造の動きの方向および強度を推測する簡易な方法として利用される。【００１３】
しかし、ドップラー効果の精度は、非常に限られたものである。【００１４】
医療用超音波における、血流のモニタリングのような、精度が厳密に要求されない適用例には、ドップラー超音波は適している。【００１５】
しかし、構造が小さく、かつ動きが極めて小さい血管などが対象物であり、高水準の精度が必要とされる場合には、より感度の高い技術が必要である。【００１６】
最近の新しい適用例として、構造の弾性を推測するために、構造の変位を用いる超音波弾性率計測法がある。【００１７】
弾性を正確に推定するためには、構造の変位を、受信した超音波信号から、正確に推定することが必要である。【００１８】
超音波を用いた変位推定には、解像度（つまり、極めて小さな変位を推定する能力）とは別に、高水準の精度も必要である。【００１９】
多くの先行技術において、構造の変位は、超音波Ｂモード画像から推定される。【００２０】
しかし、推定された変位の質は、Ｂモード画像の画質と解像度とに大きく依存する。【００２１】
殆どの超音波装置において、Ｂモード画像の解像度では、マイクロメートル単位の変位を推定できない。【００２２】
また、受信したＲＦ信号から、直接的に変位を推定することに焦点を当てた技術もある。【００２３】
最も一般的な技術の１つは、［１］のような相互相関の技術である。【００２４】
しかしながら、相互相関の技術では、計算量が大きくなり、複数のサンプリング点に対応する変位しか推定できない。【００２５】
マイクロメートル単位の変位は、通常、サンプリング間隔のひと間隔のごく一部に相当するに過ぎない。【００２６】
このため、相互相関を用いては推定できない。【００２７】
そのような状況において、信号補間に基づいて変位を推定する技術がある。【００２８】
しかし、この方法は、処理時間を増大させ、また、推定品質は、補間方法に依存する。【００２９】
自己相関は、受信したＲＦ信号の直交復調信号（ベースバンド信号としても知られる）の位相情報に依存する。【００３０】
この方法は、［２］に記載の、ＲＦ信号のサブサンプルに対応する変位を推定できるという利点を有する。【００３１】
しかし、この方法では、ノイズが発生しやすく、また、振幅変調効果に影響される。【００３２】
つまり、推定された変位は、信号電力の高い領域よりに、バイアスがかかっている。【００３３】
ノイズの影響を克服するために、より大きなセットのサンプルを選択して、自己相関を実行することもできるが、この方法では、より詳細な変位を推定する能力が落ちる。【００３４】
上記技術から、推定された変位の不正確性を克服する方法がいくつか開発されている。【００３５】
［３］のように、「ｃｏａｒｓｅ  ｔｏ  ｆｉｎｅ」アプローチは、異なる推定段階に、異なるウインドウ領域を利用することで、第１段階では、変位を粗く推定し、第２段階では、より細かく推定して精度を向上させる。【００３６】
しかし、推定品質を評価する方法は提供されていない。【００３７】
［１］のように、第１段階の結果の精度を向上させるために、第２推定段階を実行し、第１段階の推定結果と組み合わせることで、第１段階の推定結果に基づく信号ワーピングを用いる技術もある。【００３８】
［２］のように、他の変位修正方法も利用できる。【００３９】
これらの方法は、発散を発生させるリスクが高いため、段階数を制限しなければならない。【００４０】
また、収束に導き、かつＲＦ信号電力の不均一な分布によって起こるノイズおよびバイアスの影響を克服する方法はない。【００４１】
変位推定品質を示すことができ、推定段階数を制限する必要なく、反復推定の収束を導き、ごく小さな変位に対しても精度の高い、より包括的な反復推定方法を提供するため、これらの方法を改善する必要がある。【００４２】
このように、従来例として、特許文献１〜６の技術が知られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４３】
【特許文献１】米国特許第６２７７０７４号明細書
【特許文献２】米国特許第６５０６１５８号明細書（米国特許出願公開第２００１／００３４４８５号明細書）
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／００１９６０９号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００９／０２２１９１６号明細書
【特許文献５】米国特許第６２７０４５９号明細書
【特許文献６】国際公開第２００８／０３８６１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４４】
単一段階の変位推定方法に関し、現在の方法は、精度および変位解像度の点で課題を有する。【００４５】
相互相関に基づく方法は、信号補間なしでは、サブサンプリング間隔に対応する小さな変位を推定することができない。【００４６】
しかしながら、この方法では、ノイズの影響が少ない。【００４７】
よって、相互相関ベースの方法では、精度は高いが、変位解像度は低い。【００４８】
相互相関方法の変位解像度を向上させる目的で、信号補間を適用することができる。【００４９】
しかし、これは、推定対象の変位が、マイクロメートル単位の場合に、処理電力を大幅に増大させる。【００５０】
また、この方法の精度は、補間アルゴリズムの質に依存する。【００５１】
自己相関に基づく方法では、小さな変位を推定することができるが、非常に、ノイズを発生しやすい。【００５２】
よって、この方法では、変位解像度は高いが、精度は低い。【００５３】
よって、精度を向上させるため、２段階の推定方法が利用できる。【００５４】
しかし、これらの方法は、包括的な反復手法の欠如、変位の質を評価する方法の欠如、変位の精度を制限する要素、つまり、ノイズおよび振幅変調効果を解消する方法の欠如という３つの観点で、課題を有する。【００５５】
包括的な反復手法には、反復推定の収束を導く技術を組み込む必要がある。【００５６】
本発明の目的は、組織変位を精度よく推定できる変位推定装置（変位推定方法）を提供することを含み、ひいては、推定された変位に基づいて、悪性腫瘍と良性腫瘍、あるいは正常組織を判別するために適した情報を提供する変位推定装置を提供することを含む。【００５７】
なお、本発明の他の目的は、反復的な変位推定処理を、少ない反復回数で高精度に収束させることができる変位推定装置を提供することを含む。
【課題を解決するための手段】
【００５８】
上記の課題を解決するために、本発明の変位推定方法は、超音波信号を用いて、変位を反復的に推定する変位推定方法であって、少なくとも１つの超音波信号を走査して、媒体に送信するステップと、走査された前記媒体から反射した前記超音波信号を受信するステップと、ウインドウサイズを計算するステップと、計算された前記ウインドウサイズに基づいて、ウインドウの境界を計算するステップと、計算された前記境界による前記ウインドウを用いて、前記超音波信号のそれぞれの深度における変位を推定するステップと、推定された前記変位に基づいて、前記超音波信号をワーピングするステップと、ワーピングされた前記超音波信号を用いて、前記超音波信号の相関値が大きくなるように、この変位推定方法の収束を導くステップとを含む変位推定方法である。【００５９】
本発明において、発明者は、反復推定手法を用いる超音波を用いて、変位を推定する方法を教示する。【００６０】
発明者の実験によると、推定ウインドウサイズが同じままか、または、全ての反復推定ラウンドに対して、適切に構成されていない場合には、推定された変位は、収束しない。【００６１】
よって、この収束に役立つウインドウ計算方法を導入する。【００６２】
ウインドウ計算方法は、反復推定の収束を導くために、ウインドウサイズを計算することの部分と、信号電力の不均一な分布によって起こるノイズおよびバイアスの影響を克服するために、ウインドウ境界を計算することの部分との２つの部分を含む。【００６３】
ウインドウサイズの計算により、反復推定ラウンド毎に、異なるウインドウサイズを決定する。【００６４】
これは、後続のラウンドにおいて、より詳細な推定結果を得るためと、推定を確実に収束させるためという２つの目的を有する。【００６５】
つまり、不適切なウインドウサイズでの処理がされて、収束が得られず、正しい変位量が得られないことが回避されて、適切なウインドウサイズでの処理がされて、確実に収束が得られ、より正確な変位量が得られる。【００６６】
ウインドウ境界の計算では、信号電力を利用し、各推定位置での、推定ウインドウの境界を決定する。【００６７】
従来の推定方法において、ウインドウは通常、その位置を中心に対称である。【００６８】
これは、不均一な信号電力の分布によって、バイアスが起こる一因である。【００６９】
信号電力を用いて、ウインドウ境界を決定することにより、そのような影響を克服できる。【００７０】
さらなる収束に導くため、推定された変位の質の評価を導入し、反復推定方法が、常に最良の結果に収束するよう保証する。【００７１】
本発明は、収束を導く方法、精度を制限する要素を克服する方法、および結果の質を評価する方法を含み、包括的な反復手法を用いて、変位推定の精度を保証するものである。
【発明の効果】
【００７２】
図１０は、シミュレーションに、バックトラックアルゴリズムを適用した後の、変位推定の改善結果を示す図である。【００７３】
図１１は、ファントム実験における、同じ結果を示す図である。【００７４】
図１０は、推定の第１ラウンドにおける、推定された変位（変位１００１）が、シミュレーションされた変位プロファイル（プロファイル１０００）から逸脱していることを示す図である。【００７５】
しかしながら、収束を導くウィンドウイング方式を用いるバックトラックアルゴリズムの最終ラウンドでは、推定された変位（変位１００２）は、シミュレーションされたプロファイルと、非常によく適合する。【００７６】
図１１は、グローバル変位が生成されるファントム実験による推定結果を示す図である。【００７７】
例示のため、単線が選択される（プロファイル１１００を参照）。【００７８】
グローバル変位が生成されるので、一定の変位プロファイル（プロファイル１１０１）が期待される。【００７９】
推定の第１ラウンドでは、結果（データ１１０２を参照）は、期待される変位に、あまり適合しない。【００８０】
しかしながら、最終ラウンドの推定結果（データ１１０３を参照）は、第１ラウンドの推定結果よりも、グローバルな動きを、ずっとよく表している。【００８１】
また、適切なウインドウサイズでの処理ができる変位推定装置を提供できる。【００８２】
本発明の目的は、組織変位を精度よく推定できる変位推定装置（変位推定方法）を提供することを含み、ひいては、推定された変位に基づいて、悪性腫瘍と良性腫瘍、あるいは正常組織を判別するために適した情報を提供する変位推定装置を提供することを含む。【００８３】
なお、本発明の他の目的は、反復的な変位推定処理を、少ない反復回数で高精度に収束させることができる変位推定装置を提供することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】図１は、本発明の変位推定方法を示す図である。
【図２】図２は、本発明のウインドウ計算方法を示す図である。
【図３】図３は、ウインドウサイズ計算の例を示す図である。
【図４】図４は、対称ウインドウおよびエネルギー均等ウインドウの例を示す図である。
【図５】図５は、本発明のＲＦ信号ワーピング方法を示す図である。
【図６】図６は、ＲＦ信号ワーピングおよびＲＦサンプル遅延を示す図である。
【図７】図７は、本発明の収束に導く方法を示す図である。
【図８】図８は、超音波ＲＦ信号を示す図である。
【図９】図９は、自己相関を用いた変位推定を示す図である。
【図１０】図１０は、シミュレーションに本発明を用いた変位推定結果の例を示す図である。
【図１１】図１１は、ファントム実験に本発明を用いた変位推定結果の例を示す図である。
【図１２】図１２は、下層構造の変位、およびＲＦ信号への影響を示す図である。
【図１３】図１３は、本装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００８５】
以下、図面を参照して詳しく説明される。
【００８６】
実施形態の変位推定方法は、超音波信号（図１３の超音波信号１２０１ｓ）を用いて、変位（図１２の変位１２０７を参照）を反復的に推定する変位推定方法（図１３の変位推定装置１Ｘ参照）である。
【００８７】
つまり、例えば、変位の大きさの特定が複数回行われて、特定の処理が複数回行われることにより、比較的精度のよい、変位の大きさが特定される。
【００８８】
そして、少なくとも１つの超音波信号を走査して、媒体（媒体１２００Ｍ（図１２）、および、媒体１２００Ｍにある、下層構造（変位の測定の対象）１２０３ｘ（図１２、１３）を参照）に送信する（図１３の超音波処理部１Ｘａにある送信部１Ｘ１を参照）。
【００８９】
つまり、例えば、ライン方向（図８の方向８１Ｌ）の複数の位置へと超音波信号が送信されて、それら複数の位置の走査が行われる。
【００９０】
そして、走査された前記媒体から反射した前記超音波信号（超音波信号１２０１ｓ）を受信する（受信部１Ｘ２を参照）。
【００９１】
なお、超音波処理部１Ｘａは、例えば、プローブ（探触子）などである。
【００９２】
そして、ウインドウサイズ（図１３のウインドウサイズ１Ｘ３Ｍ：例えば、図３の（ａ）欄、（ｂ）欄のウインドウサイズ（winSize）など）を計算する（図１３の情報処理部１Ｘｂに含まれるサイズ計算部１Ｘ３を参照）。
【００９３】
つまり、それぞれのラウンドにおけるウインドウサイズが決定される。
【００９４】
なお、サイズ計算部１Ｘ３は、例えば、ウインドウ計算部１０２（図１）を含んでもよいし、ウインドウ計算部１０２の少なくとも一部などでもよい。
【００９５】
すなわち、例えば、第ｎ−１のラウンドでの相関値（図１３の相関値１Ｘ７Ｍ）に基づいて、第ｎのラウンドでのウインドウサイズが決定される（ｎ≧２）。
【００９６】
そして、計算された前記ウインドウサイズに基づいて、ウインドウの境界（境界の情報１Ｘ４Ｍ：図４の（ａ）欄、（ｂ）欄に示される、ウインドウの始端（ｗｉｎＳｔａｒｔ）、および、終端（ｗｉｎＥｎｄ）などを参照）を計算する（境界計算部１Ｘ４参照）。
【００９７】
なお、境界計算部１Ｘ４は、例えば、ウインドウ計算部１０２（図１）の少なくとも一部等でもよい。
【００９８】
つまり、それら始端および終端の間の幅が、計算されたウインドウサイズである始端および終端が特定される。
【００９９】
そして、計算された前記境界による前記ウインドウを用いて、前記超音波信号のそれぞれの深度における変位（変位１ＸｂＭ）を推定する（推定部１Ｘ５参照）。
【０１００】
なお、推定部１Ｘ５は、例えば、例えば、変位推定部１０１（図１）の少なくとも一部等でもよい。
【０１０１】
つまり、例えば、本装置からの距離が互いに異なる複数の位置における変位が特定される。
【０１０２】
そして、推定された前記変位に基づいて、前記超音波信号をワーピングする（ワーピング部１Ｘ６参照）。
【０１０３】
なお、ワーピング部１Ｘ６は、例えば、ＲＦ信号ワーピング部１００（図１）の少なくとも一部等でもよい。
【０１０４】
そして、ワーピングされた前記超音波信号を用いて、前記超音波信号の相関値（相関値１Ｘ７Ｍ）が大きくなるように、この変位推定方法の収束を導く（収束制御部１Ｘ７参照）。
【０１０５】
なお、収束制御部１Ｘ７は、例えば、収束ガイド部１０３の少なくとも一部等でもよい。
【０１０６】
つまり、ワーピングされた超音波信号から算出される相関値が最大であるラウンドで推定された、変位の大きさが、最も精度の高い大きさとして特定される。
【０１０７】
そして、計算される前記ウインドウサイズは、連続する複数のラウンドに用いられる前記ウインドウサイズが、徐々に減少するように、変化される。
【０１０８】
つまり、例えば、それぞれのラウンドで計算されるウインドウサイズは、そのラウンドよりも前のラウンドで計算されるウインドウサイズよりも小さいサイズであり、計算されるウインドウサイズが、小さいサイズへと変更される。
【０１０９】
そして、前記ウインドウサイズは、全ての（深度の）ウインドウにおける信号エネルギーが等しくなるように計算される。
【０１１０】
そして、超音波信号の相関値（第ｎ−１ラウンドでの相関値）が大きくなるほど、より小さい前記ウインドウサイズ（第ｎラウンドでのウインドウサイズ）が計算される。ここで、相関値など各ラウンドにおける収束度合いの評価値とウインドウサイズとの関係は、生体での実験値に基づく所定の関係式、あるいは、両者の対応関係を示すテーブルなどを参照して決定できる。
【０１１１】
そして、第ｎ−１ラウンドでの相関値に対して、決定された対応関係が対応させるウインドウサイズが、第ｎラウンドでのウインドウサイズと特定される。
【０１１２】
つまり、例えば、本装置において、次の動作が行われる。
【０１１３】
すなわち、測定対象物（例えば新生血管を伴う悪性腫瘍など）である下層構造１２０３ｘ（図１２）へと、超音波信号１２０１ｓが送信され、送信された超音波信号１２０１ｓが受信されてもよい。
【０１１４】
特定される遅延時間１２０８は、第１のパルスの位置（図１２の（ｂ）欄のＲＦ信号１２０４を参照）と、第２のパルスの位置（ＲＦ信号１２０５を参照）との間における遅延時間である。
【０１１５】
ここで、第１のパルスは、受信された超音波信号１２０１ｓにおける、下層構造１２０３ｘが変位１２０７をする前のパルスである。
【０１１６】
そして、第２のパルスは、測定対象物が変位１２０７をした後のパルスである。
【０１１７】
そして、特定された遅延時間１２０８に基づいて変位１２０７を決定する。
【０１１８】
そして、特定された、変位１２０７の大きさでの、下層構造１２０３ｘの動きが、予め定められた動きであるか否かが判定されてもよい。
【０１１９】
そして、予め定められた動きと判定される場合に、当該下層構造１２０３ｘが、悪性腫瘍（癌）と判定され、当該動きではないと判定される場合に、良性腫瘍、あるいは、正常組織と判定されてもよい。
【０１２０】
なお、このような、癌か否かの判定は、例えば、収束制御部１ｘ７（図１３）により行われてもよい。
【０１２１】
このような本装置において、より具体的には、例えば、後で詳しく説明されるように、第ｎ−１のラウンドで特定された相関値が大きいほど、第ｎのラウンドにおいて、より大きいウインドウサイズでの処理がされてもよい。
【０１２２】
なお、ここで、ウインドウサイズによる処理は、例えば、第ｎのラウンドにおける相関値が、受信される超音波信号１２０１ｓにおける、当該ウインドウサイズのウインドウの部分のデータから算出される処理でもよい。
【０１２３】
本処理により、各ラウンドにおいて超音波の受信信号の信号レベルに応じた適切なウインドウが設定できるため、収束の精度が高まると共に、少ない反復回数で収束が得られ、高精度な変位推定が少ない処理量で実現できる。
【０１２４】
以下の実施形態は、単に、様々な発明ステップの原理を説明するものである。
【０１２５】
ここに説明する具体例の様々な変形は、当業者には明らかであろう。
【０１２６】
したがって、本発明の技術範囲は、本明細書に記載の、具体的かつ例示的な内容によってではなく、特許請求項の範囲によってのみ限定されるものとする。
【０１２７】
図１は、変位推定方法を示す図である。
【０１２８】
本発明の主な実施形態は、図１に示される。
【０１２９】
ＲＦＳｉｇ（ｄ，ｌ，ｆ）は、超音波部から得たＲＦ信号であり、ｄは深度方向（図８の方向８１Ｄ）、ｌはライン方向（方向８１Ｌ）、ｆはフレーム方向（方向８１Ｆ）を表す。
【０１３０】
これらに関することは、さらに、図８に示される。
【０１３１】
そのようなＲＦ信号の１フレーム内の１ライン（図示される８０１を参照）は、超音波トランスデューサ８００が、当該ラインの位置で走査方向（方向８０２）に向かってパルスを送信するメカニズムによって生成される。
【０１３２】
ここで、当該パルスは、反射および散乱しながら、進路に沿って、下層構造と相互作用し、当該超音波トランスデューサ８００は、反射および散乱した信号を受信する。
【０１３３】
そして、その信号は、超音波部によって、対応するラインに変換される。
【０１３４】
同じメカニズムにより、複数のラインが様々な位置で生成され、複数のフレームが様々なタイムインスタンスに生成される。
【０１３５】
図１２の（ａ）欄は、下層構造の変位を示し、（ｂ）欄は、ＲＦ信号への影響を示す。
【０１３６】
走査された媒体の下層構造の変位が、ＲＦ信号の遅延として反射されるメカニズムが、図１２により示される。
【０１３７】
例示を目的として、１ラインの１パルスが送信されるとし、下層構造には、反射境界が１つだけあるとする。
【０１３８】
第１のタイムインスタンス（（ａ）欄の左側部分を参照）において、超音波トランスデューサ１２００は、走査された媒体に向けてパルスを送信する（パルス１２０１を参照）。
【０１３９】
このパルスは、下層構造１２０３（１２０３ｘ）の反射境界に到達するまで、媒体を通して伝搬する。
【０１４０】
この境界により、パルスはトランスデューサに向かって反射する（反射したパルス１２０２を参照）。
【０１４１】
トランスデューサは、このパルスを受信し、ＲＦ信号１２０４（図１２の（ｂ）欄の表の第１行を参照）に変換する。
【０１４２】
ＲＦ信号１２０４の全体における、パルスの位置は、送信されたパルス１２０１が、下層構造１２０３に向かって進み、反射して戻ってくるのに必要な時間を示す。
【０１４３】
第２のタイムインスタンス（図１２の（ａ）欄の右側を参照）において、ＲＦ信号１２０５（図１２の（ｂ）欄の表の第３行）は、同一メカニズムにより作成されるが、下層構造は、新たな位置に変位している（変位した後の下層構造１２０６を参照）。
【０１４４】
変位ｘ（変位１２０７）により、送信されたパルス（パルス１２０１）が、伝搬され、下層構造の境界で反射するのに要する時間が長くなり、その結果、ＲＦ信号の遅延が起こる（遅延時間１２０８を参照）。
【０１４５】
なお、この例において、変位ｘの向きは、図１２に示される方向１２０３ｄの向きである。
【０１４６】
この遅延時間１２０８の遅延値が分かると、変位（変位１２０７）を推測することができる。
【０１４７】
そして、複数の下層構造を有する媒体では、複数の反射パルスが生成される。
【０１４８】
それら複数の下層構造が変位する量が互いに異なることが原因で、ＲＦ信号における、反射パルスの遅延は、異なるものになる。
【０１４９】
これらのパルスが重複し、かつ相互作用することにより、各下層構造の正確な変位を推定することが難しくなる。
【０１５０】
本発明は、反復して推定を行うことにより、下層構造の変位を、正確に推定する方法を提示するものである。
【０１５１】
図１に示される主な実施形態によると、本発明は、以下の主なブロックを備える。
【０１５２】
つまり、本装置では、ＲＦ信号ワーピング部１００（図５参照）と、変位推定部１０１（図９参照）と、ウインドウ計算部１０２（図２参照）と、収束ガイド部１０３（図７参照）と、出力スイッチ１０４とを備える。
【０１５３】
ＲＦ信号ワーピング部１００は、前回の推定ラウンド（第ｎ−１ラウンド）の変位推定結果ｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）に基づいて、対象推定ラウンド（第ｎラウンド）においてのワーピングをする。このワーピングでは、対象推定ラウンドについて、ＲＦ信号の、選択されたフレーム内の、選択されたラインをワーピングする。
【０１５４】
なお、これは、第１ラウンドでは、ゼロに設定される。
【０１５５】
このブロックの出力は、推定ラウンドに用いられる、ワープされたＲＦ信号 ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ）である。
【０１５６】
なお、第１の推定ラウンド（つまり、ｒｏｕｎｄ  ＝  １）では、ｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，０）をゼロに初期化したことにより、ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，１）と、超音波部から得たＲＦ信号であるＲＦＳｉｇ（ｄ，ｌ，ｆ） （先述）は、実質的に、互いに同一である。
【０１５７】
変位を推定するため、予め定義されたフレームのセットを、このブロックに対する入力として選択することができる。
【０１５８】
例示を目的として、２つのフレームが選択され、これらはｆ１およびｆ２で表される。
【０１５９】
ＲＦ信号ワーピングの目的は、先行するラウンドで推定された変位に基づいて、１つのＲＦ信号を、他のＲＦ信号と適合するように、修正することである。
【０１６０】
そして、その後、修正されたＲＦ信号から、残留変位を推定し、先行するラウンドの変位に追加することで、新たな変位を作成する。
【０１６１】
いくつかの数（予め定められた数）の推定ラウンドの後、推定された変位は、修正されたＲＦ信号にほぼ一致するものとなり、残留変位はゼロに収束する。
【０１６２】
変位推定部１０１は、ＲＦ信号の時間遅延から導出することで、ＲＦ信号ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ）から、変位を推定する。
【０１６３】
このタスクの実行に好ましい方法は、各深度における推定ウインドウが、ｗｉｎＳｔａｒｔ（ｄ，ｌ）およびｗｉｎＥｎｄ（ｄ，ｌ）によって記述される、自己相関の方法であるが、これに限定されるものではない。
【０１６４】
ウインドウ計算部１０２は、各深度での、選択されたラインに用いられる推定ウィンドウパラメータｗｉｎＳｔａｒｔ（ｄ，ｌ）およびｗｉｎＥｎｄ（ｄ，ｌ）を計算する。
【０１６５】
ウインドウ計算部１０２は、ＲＦ信号 ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ）を取得し、かつ、対象ラウンド数ｃｕｒＲｏｕｎｄと、ＲＦ信号差分ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）とを、収束ガイド部１０３からの入力として取得する。
【０１６６】
収束ガイド部１０３は、本技術の、収束を導く処理を行う。
【０１６７】
つまり、推定された変位の質を決定するために、ワープされたＲＦ信号間の差分が計算される。
【０１６８】
この差分が最小である（対象ラウンドを含む）ラウンドが、最も正確な変位推定結果を表していると判定される。
【０１６９】
このブロックの出力は、対象推定ラウンド数ｃｕｒＲｏｕｎｄと、ＲＦ信号差分が最小であるラウンド数ｍｉｎＲｅｓｉｄｕｅＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ）と、推定された変位の質の測定値としてのＲＦ信号差分ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）とである。
【０１７０】
ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）が小さいほど、質がよいことを示し、推定ラウンド全体にわたって、ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）が減少していると、収束を示す。
【０１７１】
なお、ワープされたＲＦ信号間の差分を計算する方法として、「二乗差分和」および「絶対差分」の方法が考えられるが、これらに限定されるものではない。
【０１７２】
出力スイッチ１０４は、入力として、ｃｕｒＲｏｕｎｄおよびｍｉｎＲｅｓｉｄｕｅＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ）を取得する。
【０１７３】
対象ラウンド数が最大値に到達した場合、最も正確な推定結果が、最終出力として選択される。
【０１７４】
そうでなければ、その最も正確な推定結果は、後続の推定ラウンドに用いるために、ＲＦ信号ワーピング部１００の入力として選択され、ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）およびｃｕｒＲｏｕｎｄが、入力として変位推定部１０１に送られる。
【０１７５】
次の段落に、図１に示される主な実施形態に基づく具体的な実施形態をいくつか示す。
【０１７６】
図５は、ＲＦ信号ワーピング方法を示す図である。
【０１７７】
本発明の具体的な実施形態として、主な実施形態のＲＦ信号ワーピング部１００は、図５に示される方法によって実現される。
【０１７８】
変位の結果、ＲＦ信号は移動され、かつ伸長される。
【０１７９】
よって、先行するラウンドの、最も正確な変位推定結果ｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，ｍｉｎＲｅｓｉｄｕｅＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ））から、ＲＦＳｉｇ（ｄ，ｌ，ｆ１）を、ＲＦＳｉｇ（ｄ，ｌ，ｆ２）に適合させるサンプルにおける遅延値（図１２の遅延時間１２０８を参照）が、遅延値計算部５００において、以下のように算出される。
【０１８０】
【数１】
2011089898.tif 000003
【０１８１】
ここで、ｆｓは、ＲＦ信号のサンプリング周波数であり、ｃは、走査された媒体における音速である。
【０１８２】
走査された媒体における変位は、結果として、得られたＲＦ信号における遅延として反映される。
【０１８３】
各深度での遅延値が既知であるため、ＲＦＳｉｇ（ｄ，ｌ，ｆ１）またはＲＦＳｉｇ（ｄ，ｌ，ｆ２）の何れかにおける各ラインの、（全ての深度に対応する）全てのサンプルを、他のサンプルに適合するように合わせて、遅延させることができる。
【０１８４】
これは、ＲＦサンプル遅延部５０１において実行される。
【０１８５】
１つの実施形態において、ＲＦサンプル遅延部５０１における遅延は、信号補間を用いて実行される。
【０１８６】
別の実施形態では、ＲＦサンプル遅延部５０１における遅延は、分数遅延フィルタを用いて実行される。
【０１８７】
図６は、ＲＦ信号ワーピングおよびＲＦサンプル遅延を示す図である。
【０１８８】
ＲＦ信号ワーピング処理が、図６に示される。
【０１８９】
変位により、ＲＦ信号の遅延が起こることが、先述の図１２により示される。
【０１９０】
ＲＦ信号ワーピングの目的は、推定された変位と逆方向に、１つのＲＦ信号を遅延させることによって、この効果を無効にすることである。
【０１９１】
この無効化の結果として、ワープされたＲＦ信号が、相互に適合することが期待される。
【０１９２】
遅延値計算部５００から計算されたｄｅｌａｙＶａｌｕｅｓ（ｄ，ｌ）は、１つのＲＦ信号内の各サンプルが、これを達成するために遅延される値を表す。
【０１９３】
２つのＲＦ信号６００および６０１（図６）を、この例示のために用いる。
【０１９４】
データ６０２は、ある推定ラウンドの後に、遅延値計算部５００から計算されたｄｅｌａｙＶａｌｕｅｓ（ｄ，ｌ）を示す。
【０１９５】
ｄｅｌａｙＶａｌｕｅｓ（ｄ，ｌ）の特定の深度での値が、ＲＦ信号６００における、同じ深度でのサンプルが、遅延値計算部６０１に適合するための遅延に必要な量を表すことが分かる。
【０１９６】
しかしながら、ｄｅｌａｙＶａｌｕｅｓ（ｄ，ｌ）における遅延値は、常に整数であるわけではない。
【０１９７】
よって、ｄｅｌａｙＶａｌｕｅｓ（ｄ，ｌ）に従って、ＲＦ信号６００における各サンプルを遅延できるようにするため、信号補間または分数遅延フィルタが、２つの選択候補として挙げられる。
【０１９８】
変位推定部１０１をＲＦ信号に適用することで、第１ラウンドに用いられる変位と、後続ラウンドに用いられる残留変位を得て、最終的な変位を得るために、それらを組み合わせる。
【０１９９】
好ましい実施形態が図９に示されるが、これに限定されるものではない。
【０２００】
図９は、自己相関を用いた変位推定を表す。
【０２０１】
ＩＱ復調部９００は、ＲＦ信号 ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ）を、ベースバンド信号ＩＱＳｉｇ（ｄ，ｌ，ｆ）に変換する。
【０２０２】
自己相関計算部９０１は、以下の式に従って、ａｕｔｏｃｏｒｒ（ｄ，ｌ）を計算する。
【０２０３】
【数２】
2011089898.tif 000004
【０２０４】
ここで、ｃｏｎｊ（）は、複素共役を表す。
【０２０５】
最後に、以下の式に従って、変位計算部９０２により、ａｕｔｏｃｏｒｒ（ｄ，ｌ）が、変位に変換される。
【０２０６】
【数３】
2011089898.tif 000005
【０２０７】
ここで、ａｒｇ（）は、複素数の偏角を計算する関数である。
【０２０８】
１から開始するラウンド（第１ラウンドを表す）により、ｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，０）は、ゼロに初期化される。
【０２０９】
図２は、ウインドウ計算方法を示す図である。
【０２１０】
ウインドウ計算部１０２により、各推定ラウンドにおける、各ラインの各深度に対し、異なる推定ウインドウを決定する。
【０２１１】
これは図２に示される。
【０２１２】
図３は、ウインドウサイズ計算の具体例を示す図である。
【０２１３】
ウインドウサイズ計算部２００（図２）は、各推定ラウンドに対するウインドウサイズの決定をする。
【０２１４】
このブロックの出力は、ｗｉｎＳｉｚｅ（ｄ，ｌ）である。
【０２１５】
好ましい実施形態において、各ラウンドに対するウインドウサイズは、ラウンドの関数が減少するにつれて、変化する。
【０２１６】
これは図３に示される。
【０２１７】
ウインドウサイズ計算部２００（図２）のある実施形態において、図３の（ａ）欄に示されるように、ウインドウサイズは、減少関数ｗｉｎＳｉｚｅＲｏｕｎｄ（ｒｏｕｎｄ）により、推定ラウンド数に、直接関係する。
【０２１８】
ｃｕｒＲｏｕｎｄによって特定される対象推定ラウンドについて、以下に基づいて、全ての深度に対するウインドウサイズが特定される。
【０２１９】
全てのｄおよびｌについて、
ｗｉｎＳｉｚｅ（ｄ，ｌ）  ＝  ｗｉｎＳｉｚｅＲｏｕｎｄ（ｃｕｒＲｏｕｎｄ）
【０２２０】
「固定ウィンドウイングスキーム」は、変位推定に用いられる全ての深度で推定ウインドウサイズとなるｗｉｎＳｉｚｅ（ｄ，ｌ）の同じ値を選択する処理である。
【０２２１】
「固定ウィンドウイングスキーム」の利点は、必要な演算量が多くなく（比較的少なく）、かつ、ＲＦ信号エネルギーが、深度方向に沿って、規則正しく配分されている場合に、適していることである。
【０２２２】
ウインドウサイズ計算部２００の別の実施形態において、各深度でのウインドウサイズは、上限であるｍａｘＷｉｎ（ｒｏｕｎｄ）と、下限であるｍｉｎＷｉｎ（ｒｏｕｎｄ）と、ＲＦ信号電力ｓｉｇＰｏｗ（ｄ，ｌ）とに基づいて計算される。
【０２２３】
ｍａｘＷｉｎ（ｒｏｕｎｄ）およびｍｉｎＷｉｎ（ｒｏｕｎｄ）は、ラウンドの減少関数である。
【０２２４】
これは、「瞬間電力ウィンドウイングスキーム」として、図３の（ｂ）欄に示される。
【０２２５】
以下の条件が適用される。
【０２２６】
【数４】
2011089898.tif 000006
【０２２７】
また、図３の（ｂ）欄に示されるように、ｗｉｎＳｉｚｅ（ｄ，ｌ）は、ｓｉｇＰｏｗ（ｄ，ｌ）、つまり、ｓｉｇＰｏｗ  ＝  ０に対応する最大ウインドウサイズと、最大ｓｉｇＰｏｗに対応する最小ウインドウサイズとに反比例してもよい。
【０２２８】
「瞬間電力ウィンドウイングスキーム」は、「固定ウィンドウイングスキーム」と比較して、必要な演算量が多いが、特に、ＲＦ信号エネルギーが、深度方向に沿って、かなり不均一である場合に、より精度が高い。
【０２２９】
信号対ノイズ比の低さを克服するために、低い信号電力を有する領域に対して、より大きな推定ウインドウが指定され、より詳細に変位を分布するために、大きな信号電力を有する領域に対して、より小さな推定ウインドウが指定される。
【０２３０】
しかしながら、信号エネルギーが規則正しく配分されているＲＦ信号に関しては、「固定ウィンドウイングスキーム」と「瞬間電力ウィンドウイングスキーム」とは大差がない。
【０２３１】
ウインドウサイズ計算部２００の別の実施形態において、全ての深度でのウインドウサイズを、全てのウインドウ内の信号エネルギーが同量に保たれるように計算してもよく、これは、「一定エネルギーウィンドウイングスキーム」と称される。
【０２３２】
信号電力計算部２０１（図２）により、フレーム方向に沿う、ＲＦ信号の平均電力が計算される。
【０２３３】
信号電力計算部２０１は、ワープされたＲＦ信号 ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ）と、対象ラウンド数ｃｕｒＲｏｕｎｄとを、入力として取得する。
【０２３４】
ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｃｕｒＲｏｕｎｄ）内には、複数のフレームがあり、電力が、以下の通り計算される。
【０２３５】
【数５】
2011089898.tif 000007
【０２３６】
ここで、Ｎは、計算に用いるために選択されたフレームの総数である。
【０２３７】
図４は、対称ウインドウおよびエネルギー均等ウインドウの例を示す図である。
【０２３８】
ウインドウ境界計算部２０２（図２）により、各ラインの各深度でのウインドウ境界が計算される。
【０２３９】
これは図４に示される。
【０２４０】
ウインドウ境界計算部２０２のある実施形態においては、ウインドウサイズ計算部２００から計算されたｗｉｎＳｉｚｅ（ｄ，ｌ）が入力であり、ｗｉｎＳｔａｒｔ（ｄ，ｌ）およびｗｉｎＥｎｄ（ｄ，ｌ）が、以下の式に従って、対応する深度を中心に、ウインドウが対称になるように計算される（「対称ウインドウ」と称される）。
【０２４１】
【数６】
2011089898.tif 000008
【０２４２】
ここで、ＲＯＵＮＤ（）は、最も近い整数に丸める処理を示す。
【０２４３】
これは、図４の（ａ）欄に示される。
【０２４４】
対称ウインドウの利点は、必要とされる演算量が多くないことである。
【０２４５】
これは、ＲＦ信号電力が、深度方向において、サンプル毎に突然変化しない場合に適している。
【０２４６】
ウインドウ境界計算部２０２の別の実施形態においては、次の通りである。
【０２４７】
つまり、ウインドウサイズ計算部２００から計算されたｗｉｎＳｉｚｅ（ｄ，ｌ）が、ウインドウ境界計算部２０２の入力である。
【０２４８】
そして、ｗｉｎＳｔａｒｔ（ｄ，ｌ）およびｗｉｎＥｎｄ（ｄ，ｌ）が、以下の式により、各深度の両側での信号エネルギーが等しくなるように（「エネルギー均等ウインドウ」と称される）計算される。
【０２４９】
【数７】
2011089898.tif 000009
【０２５０】
これは、図４の（ｂ）欄に示される。
【０２５１】
「エネルギー均等ウインドウ」は、「対称ウインドウ」と比較して、必要な演算量が多いが、従来のウィンドウイング技術においてバイアスの原因となっていた、深度方向に沿う、信号電力の不均一な分布の影響を抑制できる。
【０２５２】
図７は、収束に導く方法を示す図である。
【０２５３】
図１の収束ガイド部１０３による、本発明において説明した方法で、収束が可能であることが保証される。
【０２５４】
収束ガイド部１０３は、図７に示されるように、ワープされたＲＦ信号 ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ）を、当該収束ガイド部１０３の入力として取得する。
【０２５５】
ＲＦ信号差分計算部７００は、ワープされたＲＦ信号間の差分を計算し、各ラインの各深度について、各推定ラウンドにおける差分を、ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）として出力する。
【０２５６】
ＲＦ信号ワーピング部１００の主な目的は、ＲＦ信号の１つを、他と適合するように、修正することであるので、この残差（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）は、ＲＦ信号同士が、どの程度適合しているかの尺度になる。
【０２５７】
（ｒｏｕｎｄにより特定される）ある特定の推定ラウンドについて、推定された変位ｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）の質を評価する目的で、ＲＦ信号ワーピング部１００が、当該ＲＦ信号ワーピング部１００の入力として、ｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）を取得する。
【０２５８】
このことにより、ＲＦ信号がワープされ、適合レベルを評価するために、ワープされた信号間の差分が計算される。
【０２５９】
これらのワープされた信号は、後続ラウンドの変位推定のための入力としても用いられ、よってＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ＋１）と表される。
【０２６０】
よって、ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ＋１）から、ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）が計算される。
【０２６１】
ＲＦ信号差分計算部７００（図７）で行われる計算の一例として、以下の式（つまり、二乗差分和）が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【０２６２】
【数８】
2011089898.tif 000010
【０２６３】
ここで、ｆ１およびｆ２は、推定に用いるために選択された２フレームを表す。
【０２６４】
この例において、１ラインの全ての深度に対し同一の信号差分値が指定され、これは、対応するラインのＲＦ信号が、全体的に適合していることを表す。
【０２６５】
小さな領域で変位が起こるだけではないときには、「二乗差分和」が適しており、その結果、ライン全体に反復が起こる。
【０２６６】
なお、ＲＦ信号差分計算部７００（図７）で行われる計算の別の例として、以下の式（つまり、絶対差分）が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【０２６７】
【数９】
2011089898.tif 000011
【０２６８】
ここで、ｆ１およびｆ２は、推定に用いるために選択された２フレームを表す。
【０２６９】
この例において、各ラインの各深度は、個別の信号差分値を有し、これは、ＲＦ信号が、局所的に適合していることを表す。
【０２７０】
深度方向に小さな領域だけで、変位が起こる場合には、「絶対差分」が適しており、その結果、その領域内での局所的反復が可能になる。
【０２７１】
最小残余計算部７０１は、以下の式に基づき、ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）における、各深度およびラインについて、残余が最小であるラウンド数を確認する。
【０２７２】
これは、最も正確な推定結果を表す。
【０２７３】
【数１０】
2011089898.tif 000012
ここで関数
【０２７４】
【数１１】
2011089898.tif 000013
は、ｆ（ｘ）を最小化するｘの値を返す。
【０２７５】
収束ガイド部１０３（図１）の出力は、対象ラウンド数ｃｕｒＲｏｕｎｄと、残余が最小であるラウンド数ｍｉｎＲｅｓｉｄｕｅＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ）と、信号差分ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）とである。
【０２７６】
出力スイッチ１０４（図１）は、入力として、ｃｕｒＲｏｕｎｄおよびｍｉｎＲｅｓｉｄｕｅＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ）を取得する。
【０２７７】
ｃｕｒＲｏｕｎｄが最大値に達すると、出力スイッチ１０４は、最も精度の高い変位推定結果ｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，ｍｉｎＲｅｓｉｄｕｅＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ））を、最終的な出力ｄｉｓｐＯｕｔとして選択する。
【０２７８】
そうでなければ、対象ラウンドｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，ｃｕｒＲｏｕｎｄ）が、変位推定される代わりに、次の推定ラウンドのための、ＲＦ信号ワーピング部１００の入力として用いられるｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，ｍｉｎＲｅｓｉｄｕｅＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ））が、変位推定される。
【０２７９】
ここで、変位推定の多次元（２次元 or ３次元）への拡張について説明する。
【０２８０】
つまり、上記の実施の形態では、超音波の深さ方向における１次元の変位を求める方法について説明した。
【０２８１】
しかしながら、血管や腫瘍組織などの生体組織の拍動方向は、１次元内に限定されず、また、場所によっても、方向が異なる。
【０２８２】
したがって、複数方向から超音波を送受信することで、特定位置における複数方向の変位を求め、組織の２次元あるいは３次元的な変位を測定してもよい。
【０２８３】
こうして、多次元で測定することにより、診断精度の更なる向上が見込まれる。
【０２８４】
そして、超音波を複数方向から送受信する方法としては、超音波振動子が、１次元に配置されたリニアプローブを用いて、プローブの方向を変化させる、または、超音波振動子が２次元アレイ上に配置されたマトリックスプローブを用いて、ビームフォーミングにより、複数方向での送受信を行うなどの方法が可能である。
【０２８５】
ここで、リニアプローブの使用時には、磁気センサや加速度センサ、ジャイロなどの位置センサ、あるいは、カメラにより、プローブの位置を追跡することで、プローブの位置や向きを取得して、送受信時の方向を決定できる。
【０２８６】
なお、変位測定は、超音波の深さ方向など、１方向についてのみ行い、この変位ベクトルを、所定の２次元あるいは３次元座標系の各軸方向の成分に分解することで、多次元的に評価してもよい。
【０２８７】
この時、超音波の深さ方向と所定の座標系との対応関係が必要となるが、上述の位置センサなどを用いて、プローブの位置と方向を取得することで、両者を対応付ける。
【０２８８】
ここで、癌検出、あるいは、動脈硬化（血管の硬さ）の診断などに適用できる歪み計測（エラストグラフィ）との関連について補足説明する。歪みは、変位の時間微分であり、組織の硬さの指標となるが、本発明により、変位推定精度が向上することで、結果として、歪みの測定精度が向上する。エラストグラフィでは微分値を用いるが、その他に、組織の特定部位の変位の時間変化波形なども、組織性状の判定に利用できる。例えば、癌の成長過程においては、癌の周辺および内部に血管新生が起こることが知られている。従って、これら血管の拍動、あるいは、血管の拍動に伴う周囲の組織の拍動などを変位量の時間変化として捉え、変化のパターンや振幅が癌に特有のものであるかどうかを判定することで、癌検出を行ってもよい。
【０２８９】
こうして、変位推定装置であって、超音波信号を用いて、変位を反復的に推定する変位推定装置であって、少なくとも１つの超音波信号を、トランスデューサから走査された媒体に送信する手段と、前記走査された媒体から反射した超音波信号を受信する手段と、推定ウインドウサイズを計算する手段と、前記推定されたウインドウサイズに基づいて、前記推定ウインドウの境界を計算する手段と、前記計算された推定ウインドウを用いて、前記超音波信号の深度方向に沿って変位を推定する手段と、前記推定された変位に基づいて、前記超音波信号をワーピングする手段と、前記方法の収束傾向を前記ワープされた超音波信号間の差分として計算することで、収束を導く手段とを備える変位推定装置が開示される。
【０２９０】
こうして、開示される方法は、収束を導く方法、精度を限定する要素を克服する方法、および結果の質を評価する方法を含み、包括的な反復手法を用いて変位推定の精度を保証する。
【０２９１】
つまり、次の問題が解決される。つまり、超音波を用いる変位推定において、先行技術では、推定の精度と解像度を高める方法を提供している。その中には、複数段階からなる推定または反復推定を導入しているものもある。しかし、（１）反復推定の収束を導く方法を組み込んだ包括的な反復手法の欠如、（２）品質評価方法の欠如、および（３）変位の精度を限定する要素を克服する方法の欠如という問題があり、本発明の変位推定方法により、これらの問題が解決される。
【０２９２】
なお、本発明は、装置、システム、集積回路などとして実現できるだけでなく、その装置等を構成する処理手段をステップとする方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体として実現したり、そのプログラムを示す情報、データ又は信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データ及び信号は、インターネット等の通信ネットワークを介して配信してもよい。
【０２９３】
なお、本発明について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２９４】
本技術は、超音波信号を用いて変位を推定する方法を導入するものである。これは、最終的な結果、または、更なる処理のための中間ステップの何れであっても、変位推定が必要な適用例において、用いることができ、医療用および工業用超音波機器に用いることができる。【０２９５】
変位を精度よく推定できる変位推定装置が提供でき、ひいては、推定された変位に基づいて、悪性腫瘍と良性腫瘍、あるいは正常組織を判別するために適した情報を提供可能な変位推定装置が提供できる。
【符号の説明】
【０２９６】
１Ｘ  変位推定装置
１Ｘ１  送信部
１Ｘ２  受信部
１Ｘ３  サイズ計算部
１Ｘ４  境界計算部
１Ｘ５  推定部
１Ｘ６  ワーピング部
１Ｘ７  収束制御部
１２０１ｓ  超音波信号
１２０３ｘ  下層構造
１Ｘ３Ｍ  ウインドウサイズ
１Ｘ４Ｍ  境界の情報
１ＸｂＭ  変位
１Ｘ７Ｍ  相関値
１００  ＲＦ信号ワーピング部
１０３  収束ガイド部
１０１  変位推定部
１０２  ウインドウ計算部
１０３  収束ガイド部
１０４  出力スイッチ
６００、１２０４、１２０５  ＲＦ信号
８００、１２００  超音波トランスデューサ
１２００Ｍ  媒体
１２０８  遅延時間
１００ａ、１０１ａ、１０２１ａ、１０３ａ、１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ  情報
２０１ｎ、２０１ｍ、２０１ａ、２００ｍ、２００ａ、２０２ａ  情報
５００ｍ、５００ａ、５０１ｎ、５０１ａ  情報
７００ｍ、７００ａ、７０１ａ、７００ｂ  情報
９００ｍ、９００ａ、９０１ｍ、９０１ａ、９０２ａ  情報
【図１】
2011089898.tif 000014
【図２】
2011089898.tif 000015
【図３】
2011089898.tif 000016
【図４】
2011089898.tif 000017
【図５】
2011089898.tif 000018
【図６】
2011089898.tif 000019
【図７】
2011089898.tif 000020
【図８】
2011089898.tif 000021
【図９】
2011089898.tif 000022
【図１０】
2011089898.tif 000023
【図１１】
2011089898.tif 000024
【図１２】
2011089898.tif 000025
【図１３】
2011089898.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月10日(2011.8.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波信号を用いて変位を推定する方法を導入するものである。これは、最終的な結果、または、更なる処理のための中間ステップの何れであっても、変位推定が必要な適用例において、用いることができ、医療用および工業用超音波機器に用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
超音波装置は、高周波の機械的音波を、走査対象の媒体に対して送受信することにより、媒体を非侵襲で診断するものである。
【０００３】
そのような装置のトランスデューサは、超音波を、走査対象の媒体に送信する。
【０００４】
超音波は、散乱および反射することにより、その媒体の下層構造と相互作用する。
【０００５】
なお、下層構造は、例えば、媒体の表面よりも、媒体の内部側における構造などをいう。下層構造は、例えば、人間の身体における血管などである。
【０００６】
散乱および反射された超音波は、下層構造の有益な情報を含み、トランスデューサによって受信される。その後、超音波装置によって処理され、例えば画像情報としてユーザに提示される。
【０００７】
図８は、超音波ＲＦ信号を示す図である。
【０００８】
超音波装置が反射波から得る最も基礎的なデータの種類の１つとして、ＲＦ（Radiofrequency Signal）信号が挙げられる（図８）。
【０００９】
これは、受信波を、アナログからデジタルに直接変換したものである。
【００１０】
異なる適用例では、超音波ＲＦ信号から、輝度モード（Ｂモード）画像、ドップラー画像等、他の種類のデータを導出できる。
【００１１】
多くの適用例のうちの１つは、走査された媒体の下層構造の動きを分析することである。
【００１２】
ドップラー効果は、構造の動きの方向および強度を推測する簡易な方法として利用される。
【００１３】
しかし、ドップラー効果の精度は、非常に限られたものである。
【００１４】
医療用超音波における、血流のモニタリングのような、精度が厳密に要求されない適用例には、ドップラー超音波は適している。
【００１５】
しかし、構造が小さく、かつ動きが極めて小さい血管などが対象物であり、高水準の精度が必要とされる場合には、より感度の高い技術が必要である。
【００１６】
最近の新しい適用例として、構造の弾性を推測するために、構造の変位を用いる超音波弾性率計測法がある。
【００１７】
弾性を正確に推定するためには、構造の変位を、受信した超音波信号から、正確に推定することが必要である。
【００１８】
超音波を用いた変位推定には、解像度（つまり、極めて小さな変位を推定する能力）とは別に、高水準の精度も必要である。
【００１９】
多くの先行技術において、構造の変位は、超音波Ｂモード画像から推定される。
【００２０】
しかし、推定された変位の質は、Ｂモード画像の画質と解像度とに大きく依存する。
【００２１】
殆どの超音波装置において、Ｂモード画像の解像度では、マイクロメートル単位の変位を推定できない。
【００２２】
また、受信したＲＦ信号から、直接的に変位を推定することに焦点を当てた技術もある。
【００２３】
最も一般的な技術の１つは、［１］のような相互相関の技術である。
【００２４】
しかしながら、相互相関の技術では、計算量が大きくなり、複数のサンプリング点に対応する変位しか推定できない。
【００２５】
マイクロメートル単位の変位は、通常、サンプリング間隔のひと間隔のごく一部に相当するに過ぎない。
【００２６】
このため、相互相関を用いては推定できない。
【００２７】
そのような状況において、信号補間に基づいて変位を推定する技術がある。
【００２８】
しかし、この方法は、処理時間を増大させ、また、推定品質は、補間方法に依存する。
【００２９】
自己相関は、受信したＲＦ信号の直交復調信号（ベースバンド信号としても知られる）の位相情報に依存する。
【００３０】
この方法は、［２］に記載の、ＲＦ信号のサブサンプルに対応する変位を推定できるという利点を有する。
【００３１】
しかし、この方法では、ノイズが発生しやすく、また、振幅変調効果に影響される。
【００３２】
つまり、推定された変位は、信号電力の高い領域よりに、バイアスがかかっている。
【００３３】
ノイズの影響を克服するために、より大きなセットのサンプルを選択して、自己相関を実行することもできるが、この方法では、より詳細な変位を推定する能力が落ちる。
【００３４】
上記技術から、推定された変位の不正確性を克服する方法がいくつか開発されている。
【００３５】
［３］のように、「ｃｏａｒｓｅ  ｔｏ  ｆｉｎｅ」アプローチは、異なる推定段階に、異なるウインドウ領域を利用することで、第１段階では、変位を粗く推定し、第２段階では、より細かく推定して精度を向上させる。
【００３６】
しかし、推定品質を評価する方法は提供されていない。
【００３７】
［１］のように、第１段階の結果の精度を向上させるために、第２推定段階を実行し、第１段階の推定結果と組み合わせることで、第１段階の推定結果に基づく信号ワーピングを用いる技術もある。
【００３８】
［２］のように、他の変位修正方法も利用できる。
【００３９】
これらの方法は、発散を発生させるリスクが高いため、段階数を制限しなければならない。
【００４０】
また、収束に導き、かつＲＦ信号電力の不均一な分布によって起こるノイズおよびバイアスの影響を克服する方法はない。
【００４１】
変位推定品質を示すことができ、推定段階数を制限する必要なく、反復推定の収束を導き、ごく小さな変位に対しても精度の高い、より包括的な反復推定方法を提供するため、これらの方法を改善する必要がある。
【００４２】
このように、従来例として、特許文献１〜６の技術が知られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４３】
【特許文献１】米国特許第６２７７０７４号明細書
【特許文献２】米国特許第６５０６１５８号明細書（米国特許出願公開第２００１／００３４４８５号明細書）
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／００１９６０９号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００９／０２２１９１６号明細書
【特許文献５】米国特許第６２７０４５９号明細書
【特許文献６】国際公開第２００８／０３８６１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４４】
単一段階の変位推定方法に関し、現在の方法は、精度および変位解像度の点で課題を有する。
【００４５】
相互相関に基づく方法は、信号補間なしでは、サブサンプリング間隔に対応する小さな変位を推定することができない。
【００４６】
しかしながら、この方法では、ノイズの影響が少ない。
【００４７】
よって、相互相関ベースの方法では、精度は高いが、変位解像度は低い。
【００４８】
相互相関方法の変位解像度を向上させる目的で、信号補間を適用することができる。
【００４９】
しかし、これは、推定対象の変位が、マイクロメートル単位の場合に、処理電力を大幅に増大させる。
【００５０】
また、この方法の精度は、補間アルゴリズムの質に依存する。
【００５１】
自己相関に基づく方法では、小さな変位を推定することができるが、非常に、ノイズを発生しやすい。
【００５２】
よって、この方法では、変位解像度は高いが、精度は低い。
【００５３】
よって、精度を向上させるため、２段階の推定方法が利用できる。
【００５４】
しかし、これらの方法は、包括的な反復手法の欠如、変位の質を評価する方法の欠如、変位の精度を制限する要素、つまり、ノイズおよび振幅変調効果を解消する方法の欠如という３つの観点で、課題を有する。
【００５５】
包括的な反復手法には、反復推定の収束を導く技術を組み込む必要がある。
【００５６】
本発明の目的は、組織変位を精度よく推定できる変位推定装置（変位推定方法）を提供することを含み、ひいては、推定された変位に基づいて、悪性腫瘍と良性腫瘍、あるいは正常組織を判別するために適した情報を提供する変位推定装置を提供することを含む。
【００５７】
なお、本発明の他の目的は、反復的な変位推定処理を、少ない反復回数で高精度に収束させることができる変位推定装置を提供することを含む。
【課題を解決するための手段】
【００５８】
上記の課題を解決するために、本発明の変位推定方法は、超音波信号を用いて、変位を反復的に推定する変位推定方法であって、少なくとも１つの超音波信号を走査して、媒体に送信するステップと、走査された前記媒体から反射した前記超音波信号を受信するステップと、ウインドウサイズを計算するステップと、計算された前記ウインドウサイズに基づいて、ウインドウの境界を計算するステップと、計算された前記境界による前記ウインドウを用いて、前記超音波信号のそれぞれの深度における変位を推定するステップと、推定された前記変位に基づいて、前記超音波信号をワーピングするステップと、ワーピングされた前記超音波信号を用いて、前記超音波信号の相関値が大きくなるように、この変位推定方法の収束を導くステップとを含む変位推定方法である。
【００５９】
本発明において、発明者は、反復推定手法を用いる超音波を用いて、変位を推定する方法を教示する。
【００６０】
発明者の実験によると、推定ウインドウサイズが同じままか、または、全ての反復推定ラウンドに対して、適切に構成されていない場合には、推定された変位は、収束しない。
【００６１】
よって、この収束に役立つウインドウ計算方法を導入する。
【００６２】
ウインドウ計算方法は、反復推定の収束を導くために、ウインドウサイズを計算することの部分と、信号電力の不均一な分布によって起こるノイズおよびバイアスの影響を克服するために、ウインドウ境界を計算することの部分との２つの部分を含む。
【００６３】
ウインドウサイズの計算により、反復推定ラウンド毎に、異なるウインドウサイズを決定する。
【００６４】
これは、後続のラウンドにおいて、より詳細な推定結果を得るためと、推定を確実に収束させるためという２つの目的を有する。
【００６５】
つまり、不適切なウインドウサイズでの処理がされて、収束が得られず、正しい変位量が得られないことが回避されて、適切なウインドウサイズでの処理がされて、確実に収束が得られ、より正確な変位量が得られる。
【００６６】
ウインドウ境界の計算では、信号電力を利用し、各推定位置での、推定ウインドウの境界を決定する。
【００６７】
従来の推定方法において、ウインドウは通常、その位置を中心に対称である。
【００６８】
これは、不均一な信号電力の分布によって、バイアスが起こる一因である。
【００６９】
信号電力を用いて、ウインドウ境界を決定することにより、そのような影響を克服できる。
【００７０】
さらなる収束に導くため、推定された変位の質の評価を導入し、反復推定方法が、常に最良の結果に収束するよう保証する。
【００７１】
本発明は、収束を導く方法、精度を制限する要素を克服する方法、および結果の質を評価する方法を含み、包括的な反復手法を用いて、変位推定の精度を保証するものである。
【発明の効果】
【００７２】
図１０は、シミュレーションに、バックトラックアルゴリズムを適用した後の、変位推定の改善結果を示す図である。
【００７３】
図１１は、ファントム実験における、同じ結果を示す図である。
【００７４】
図１０は、推定の第１ラウンドにおける、推定された変位（変位１００１）が、シミュレーションされた変位プロファイル（プロファイル１０００）から逸脱していることを示す図である。
【００７５】
しかしながら、収束を導くウィンドウイング方式を用いるバックトラックアルゴリズムの最終ラウンドでは、推定された変位（変位１００２）は、シミュレーションされたプロファイルと、非常によく適合する。
【００７６】
図１１は、グローバル変位が生成されるファントム実験による推定結果を示す図である。
【００７７】
例示のため、単線が選択される（プロファイル１１００を参照）。
【００７８】
グローバル変位が生成されるので、一定の変位プロファイル（プロファイル１１０１）が期待される。
【００７９】
推定の第１ラウンドでは、結果（データ１１０２を参照）は、期待される変位に、あまり適合しない。
【００８０】
しかしながら、最終ラウンドの推定結果（データ１１０３を参照）は、第１ラウンドの推定結果よりも、グローバルな動きを、ずっとよく表している。
【００８１】
また、適切なウインドウサイズでの処理ができる変位推定装置を提供できる。
【００８２】
本発明の目的は、組織変位を精度よく推定できる変位推定装置（変位推定方法）を提供することを含み、ひいては、推定された変位に基づいて、悪性腫瘍と良性腫瘍、あるいは正常組織を判別するために適した情報を提供する変位推定装置を提供することを含む。
【００８３】
なお、本発明の他の目的は、反復的な変位推定処理を、少ない反復回数で高精度に収束させることができる変位推定装置を提供することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】図１は、本発明の変位推定方法を示す図である。
【図２】図２は、本発明のウインドウ計算方法を示す図である。
【図３】図３は、ウインドウサイズ計算の例を示す図である。
【図４】図４は、対称ウインドウおよびエネルギー均等ウインドウの例を示す図である。
【図５】図５は、本発明のＲＦ信号ワーピング方法を示す図である。
【図６】図６は、ＲＦ信号ワーピングおよびＲＦサンプル遅延を示す図である。
【図７】図７は、本発明の収束に導く方法を示す図である。
【図８】図８は、超音波ＲＦ信号を示す図である。
【図９】図９は、自己相関を用いた変位推定を示す図である。
【図１０】図１０は、シミュレーションに本発明を用いた変位推定結果の例を示す図である。
【図１１】図１１は、ファントム実験に本発明を用いた変位推定結果の例を示す図である。
【図１２】図１２は、下層構造の変位、およびＲＦ信号への影響を示す図である。
【図１３】図１３は、本装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００８５】
以下、図面を参照して詳しく説明される。
【００８６】
実施形態の変位推定方法は、超音波信号（図１３の超音波信号１２０１ｓ）を用いて、変位（図１２の変位１２０７を参照）を反復的に推定する変位推定方法（図１３の変位推定装置１Ｘ参照）である。
【００８７】
つまり、例えば、変位の大きさの特定が複数回行われて、特定の処理が複数回行われることにより、比較的精度のよい、変位の大きさが特定される。
【００８８】
そして、少なくとも１つの超音波信号を走査して、媒体（媒体１２００Ｍ（図１２）、および、媒体１２００Ｍにある、下層構造（変位の測定の対象）１２０３ｘ（図１２、１３）を参照）に送信する（図１３の超音波処理部１Ｘａにある送信部１Ｘ１を参照）。
【００８９】
つまり、例えば、ライン方向（図８の方向８１Ｌ）の複数の位置へと超音波信号が送信されて、それら複数の位置の走査が行われる。
【００９０】
そして、走査された前記媒体から反射した前記超音波信号（超音波信号１２０１ｓ）を受信する（受信部１Ｘ２を参照）。
【００９１】
なお、超音波処理部１Ｘａは、例えば、プローブ（探触子）などである。
【００９２】
そして、ウインドウサイズ（図１３のウインドウサイズ１Ｘ３Ｍ：例えば、図３の（ａ）欄、（ｂ）欄のウインドウサイズ（winSize）など）を計算する（図１３の情報処理部１Ｘｂに含まれるサイズ計算部１Ｘ３を参照）。
【００９３】
つまり、それぞれのラウンドにおけるウインドウサイズが決定される。
【００９４】
なお、サイズ計算部１Ｘ３は、例えば、ウインドウ計算部１０２（図１）を含んでもよいし、ウインドウ計算部１０２の少なくとも一部などでもよい。
【００９５】
すなわち、例えば、第ｎ−１のラウンドでの相関値（図１３の相関値１Ｘ７Ｍ）に基づいて、第ｎのラウンドでのウインドウサイズが決定される（ｎ≧２）。
【００９６】
そして、計算された前記ウインドウサイズに基づいて、ウインドウの境界（境界の情報１Ｘ４Ｍ：図４の（ａ）欄、（ｂ）欄に示される、ウインドウの始端（ｗｉｎＳｔａｒｔ）、および、終端（ｗｉｎＥｎｄ）などを参照）を計算する（境界計算部１Ｘ４参照）。
【００９７】
なお、境界計算部１Ｘ４は、例えば、ウインドウ計算部１０２（図１）の少なくとも一部等でもよい。
【００９８】
つまり、それら始端および終端の間の幅が、計算されたウインドウサイズである始端および終端が特定される。
【００９９】
そして、計算された前記境界による前記ウインドウを用いて、前記超音波信号のそれぞれの深度における変位（変位１ＸｂＭ）を推定する（推定部１Ｘ５参照）。
【０１００】
なお、推定部１Ｘ５は、例えば、例えば、変位推定部１０１（図１）の少なくとも一部等でもよい。
【０１０１】
つまり、例えば、本装置からの距離が互いに異なる複数の位置における変位が特定される。
【０１０２】
そして、推定された前記変位に基づいて、前記超音波信号をワーピングする（ワーピング部１Ｘ６参照）。
【０１０３】
なお、ワーピング部１Ｘ６は、例えば、ＲＦ信号ワーピング部１００（図１）の少なくとも一部等でもよい。
【０１０４】
そして、ワーピングされた前記超音波信号を用いて、前記超音波信号の相関値（相関値１Ｘ７Ｍ）が大きくなるように、この変位推定方法の収束を導く（収束制御部１Ｘ７参照）。
【０１０５】
なお、収束制御部１Ｘ７は、例えば、収束ガイド部１０３の少なくとも一部等でもよい。
【０１０６】
つまり、ワーピングされた超音波信号から算出される相関値が最大であるラウンドで推定された、変位の大きさが、最も精度の高い大きさとして特定される。
【０１０７】
そして、計算される前記ウインドウサイズは、連続する複数のラウンドに用いられる前記ウインドウサイズが、徐々に減少するように、変化される。
【０１０８】
つまり、例えば、それぞれのラウンドで計算されるウインドウサイズは、そのラウンドよりも前のラウンドで計算されるウインドウサイズよりも小さいサイズであり、計算されるウインドウサイズが、小さいサイズへと変更される。
【０１０９】
そして、前記ウインドウサイズは、全ての（深度の）ウインドウにおける信号エネルギーが等しくなるように計算される。
【０１１０】
そして、超音波信号の相関値（第ｎ−１ラウンドでの相関値）が大きくなるほど、より小さい前記ウインドウサイズ（第ｎラウンドでのウインドウサイズ）が計算される。ここで、相関値など各ラウンドにおける収束度合いの評価値とウインドウサイズとの関係は、生体での実験値に基づく所定の関係式、あるいは、両者の対応関係を示すテーブルなどを参照して決定できる。
【０１１１】
そして、第ｎ−１ラウンドでの相関値に対して、決定された対応関係が対応させるウインドウサイズが、第ｎラウンドでのウインドウサイズと特定される。
【０１１２】
つまり、例えば、本装置において、次の動作が行われる。
【０１１３】
すなわち、測定対象物（例えば新生血管を伴う悪性腫瘍など）である下層構造１２０３ｘ（図１２）へと、超音波信号１２０１ｓが送信され、送信された超音波信号１２０１ｓが受信されてもよい。
【０１１４】
特定される遅延時間１２０８は、第１のパルスの位置（図１２の（ｂ）欄のＲＦ信号１２０４を参照）と、第２のパルスの位置（ＲＦ信号１２０５を参照）との間における遅延時間である。
【０１１５】
ここで、第１のパルスは、受信された超音波信号１２０１ｓにおける、下層構造１２０３ｘが変位１２０７をする前のパルスである。
【０１１６】
そして、第２のパルスは、測定対象物が変位１２０７をした後のパルスである。
【０１１７】
そして、特定された遅延時間１２０８に基づいて変位１２０７を決定する。
【０１１８】
そして、特定された、変位１２０７の大きさでの、下層構造１２０３ｘの動きが、予め定められた動きであるか否かが判定されてもよい。
【０１１９】
そして、予め定められた動きと判定される場合に、当該下層構造１２０３ｘが、悪性腫瘍（癌）と判定され、当該動きではないと判定される場合に、良性腫瘍、あるいは、正常組織と判定されてもよい。
【０１２０】
なお、このような、癌か否かの判定は、例えば、収束制御部１ｘ７（図１３）により行われてもよい。
【０１２１】
このような本装置において、より具体的には、例えば、後で詳しく説明されるように、第ｎ−１のラウンドで特定された相関値が大きいほど、第ｎのラウンドにおいて、より大きいウインドウサイズでの処理がされてもよい。
【０１２２】
なお、ここで、ウインドウサイズによる処理は、例えば、第ｎのラウンドにおける相関値が、受信される超音波信号１２０１ｓにおける、当該ウインドウサイズのウインドウの部分のデータから算出される処理でもよい。
【０１２３】
本処理により、各ラウンドにおいて超音波の受信信号の信号レベルに応じた適切なウインドウが設定できるため、収束の精度が高まると共に、少ない反復回数で収束が得られ、高精度な変位推定が少ない処理量で実現できる。
【０１２４】
以下の実施形態は、単に、様々な発明ステップの原理を説明するものである。
【０１２５】
ここに説明する具体例の様々な変形は、当業者には明らかであろう。
【０１２６】
したがって、本発明の技術範囲は、本明細書に記載の、具体的かつ例示的な内容によってではなく、特許請求項の範囲によってのみ限定されるものとする。
【０１２７】
図１は、変位推定方法を示す図である。
【０１２８】
本発明の主な実施形態は、図１に示される。
【０１２９】
ＲＦＳｉｇ（ｄ，ｌ，ｆ）は、超音波部から得たＲＦ信号であり、ｄは深度方向（図８の方向８１Ｄ）、ｌはライン方向（方向８１Ｌ）、ｆはフレーム方向（方向８１Ｆ）を表す。
【０１３０】
これらに関することは、さらに、図８に示される。
【０１３１】
そのようなＲＦ信号の１フレーム内の１ライン（図示される８０１を参照）は、超音波トランスデューサ８００が、当該ラインの位置で走査方向（方向８０２）に向かってパルスを送信するメカニズムによって生成される。
【０１３２】
ここで、当該パルスは、反射および散乱しながら、進路に沿って、下層構造と相互作用し、当該超音波トランスデューサ８００は、反射および散乱した信号を受信する。
【０１３３】
そして、その信号は、超音波部によって、対応するラインに変換される。
【０１３４】
同じメカニズムにより、複数のラインが様々な位置で生成され、複数のフレームが様々なタイムインスタンスに生成される。
【０１３５】
図１２の（ａ）欄は、下層構造の変位を示し、（ｂ）欄は、ＲＦ信号への影響を示す。
【０１３６】
走査された媒体の下層構造の変位が、ＲＦ信号の遅延として反射されるメカニズムが、図１２により示される。
【０１３７】
例示を目的として、１ラインの１パルスが送信されるとし、下層構造には、反射境界が１つだけあるとする。
【０１３８】
第１のタイムインスタンス（（ａ）欄の左側部分を参照）において、超音波トランスデューサ１２００は、走査された媒体に向けてパルスを送信する（パルス１２０１を参照）。
【０１３９】
このパルスは、下層構造１２０３（１２０３ｘ）の反射境界に到達するまで、媒体を通して伝搬する。
【０１４０】
この境界により、パルスはトランスデューサに向かって反射する（反射したパルス１２０２を参照）。
【０１４１】
トランスデューサは、このパルスを受信し、ＲＦ信号１２０４（図１２の（ｂ）欄の表の第１行を参照）に変換する。
【０１４２】
ＲＦ信号１２０４の全体における、パルスの位置は、送信されたパルス１２０１が、下層構造１２０３に向かって進み、反射して戻ってくるのに必要な時間を示す。
【０１４３】
第２のタイムインスタンス（図１２の（ａ）欄の右側を参照）において、ＲＦ信号１２０５（図１２の（ｂ）欄の表の第３行）は、同一メカニズムにより作成されるが、下層構造は、新たな位置に変位している（変位した後の下層構造１２０６を参照）。
【０１４４】
変位ｘ（変位１２０７）により、送信されたパルス（パルス１２０１）が、伝搬され、下層構造の境界で反射するのに要する時間が長くなり、その結果、ＲＦ信号の遅延が起こる（遅延時間１２０８を参照）。
【０１４５】
なお、この例において、変位ｘの向きは、図１２に示される方向１２０３ｄの向きである。
【０１４６】
この遅延時間１２０８の遅延値が分かると、変位（変位１２０７）を推測することができる。
【０１４７】
そして、複数の下層構造を有する媒体では、複数の反射パルスが生成される。
【０１４８】
それら複数の下層構造が変位する量が互いに異なることが原因で、ＲＦ信号における、反射パルスの遅延は、異なるものになる。
【０１４９】
これらのパルスが重複し、かつ相互作用することにより、各下層構造の正確な変位を推定することが難しくなる。
【０１５０】
本発明は、反復して推定を行うことにより、下層構造の変位を、正確に推定する方法を提示するものである。
【０１５１】
図１に示される主な実施形態によると、本発明は、以下の主なブロックを備える。
【０１５２】
つまり、本装置では、ＲＦ信号ワーピング部１００（図５参照）と、変位推定部１０１（図９参照）と、ウインドウ計算部１０２（図２参照）と、収束ガイド部１０３（図７参照）と、出力スイッチ１０４とを備える。
【０１５３】
ＲＦ信号ワーピング部１００は、前回の推定ラウンド（第ｎ−１ラウンド）の変位推定結果ｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）に基づいて、対象推定ラウンド（第ｎラウンド）においてのワーピングをする。このワーピングでは、対象推定ラウンドについて、ＲＦ信号の、選択されたフレーム内の、選択されたラインをワーピングする。
【０１５４】
なお、これは、第１ラウンドでは、ゼロに設定される。
【０１５５】
このブロックの出力は、推定ラウンドに用いられる、ワープされたＲＦ信号 ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ）である。
【０１５６】
なお、第１の推定ラウンド（つまり、ｒｏｕｎｄ  ＝  １）では、ｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，０）をゼロに初期化したことにより、ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，１）と、超音波部から得たＲＦ信号であるＲＦＳｉｇ（ｄ，ｌ，ｆ） （先述）は、実質的に、互いに同一である。
【０１５７】
変位を推定するため、予め定義されたフレームのセットを、このブロックに対する入力として選択することができる。
【０１５８】
例示を目的として、２つのフレームが選択され、これらはｆ１およびｆ２で表される。
【０１５９】
ＲＦ信号ワーピングの目的は、先行するラウンドで推定された変位に基づいて、１つのＲＦ信号を、他のＲＦ信号と適合するように、修正することである。
【０１６０】
そして、その後、修正されたＲＦ信号から、残留変位を推定し、先行するラウンドの変位に追加することで、新たな変位を作成する。
【０１６１】
いくつかの数（予め定められた数）の推定ラウンドの後、推定された変位は、修正されたＲＦ信号にほぼ一致するものとなり、残留変位はゼロに収束する。
【０１６２】
変位推定部１０１は、ＲＦ信号の時間遅延から導出することで、ＲＦ信号ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ）から、変位を推定する。
【０１６３】
このタスクの実行に好ましい方法は、各深度における推定ウインドウが、ｗｉｎＳｔａｒｔ（ｄ，ｌ）およびｗｉｎＥｎｄ（ｄ，ｌ）によって記述される、自己相関の方法であるが、これに限定されるものではない。
【０１６４】
ウインドウ計算部１０２は、各深度での、選択されたラインに用いられる推定ウィンドウパラメータｗｉｎＳｔａｒｔ（ｄ，ｌ）およびｗｉｎＥｎｄ（ｄ，ｌ）を計算する。
【０１６５】
ウインドウ計算部１０２は、ＲＦ信号 ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ）を取得し、かつ、対象ラウンド数ｃｕｒＲｏｕｎｄと、ＲＦ信号差分ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）とを、収束ガイド部１０３からの入力として取得する。
【０１６６】
収束ガイド部１０３は、本技術の、収束を導く処理を行う。
【０１６７】
つまり、推定された変位の質を決定するために、ワープされたＲＦ信号間の差分が計算される。
【０１６８】
この差分が最小である（対象ラウンドを含む）ラウンドが、最も正確な変位推定結果を表していると判定される。
【０１６９】
このブロックの出力は、対象推定ラウンド数ｃｕｒＲｏｕｎｄと、ＲＦ信号差分が最小であるラウンド数ｍｉｎＲｅｓｉｄｕｅＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ）と、推定された変位の質の測定値としてのＲＦ信号差分ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）とである。
【０１７０】
ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）が小さいほど、質がよいことを示し、推定ラウンド全体にわたって、ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）が減少していると、収束を示す。
【０１７１】
なお、ワープされたＲＦ信号間の差分を計算する方法として、「二乗差分和」および「絶対差分」の方法が考えられるが、これらに限定されるものではない。
【０１７２】
出力スイッチ１０４は、入力として、ｃｕｒＲｏｕｎｄおよびｍｉｎＲｅｓｉｄｕｅＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ）を取得する。
【０１７３】
対象ラウンド数が最大値に到達した場合、最も正確な推定結果が、最終出力として選択される。
【０１７４】
そうでなければ、その最も正確な推定結果は、後続の推定ラウンドに用いるために、ＲＦ信号ワーピング部１００の入力として選択され、ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）およびｃｕｒＲｏｕｎｄが、入力として変位推定部１０１に送られる。
【０１７５】
次の段落に、図１に示される主な実施形態に基づく具体的な実施形態をいくつか示す。
【０１７６】
図５は、ＲＦ信号ワーピング方法を示す図である。
【０１７７】
本発明の具体的な実施形態として、主な実施形態のＲＦ信号ワーピング部１００は、図５に示される方法によって実現される。
【０１７８】
変位の結果、ＲＦ信号は移動され、かつ伸長される。
【０１７９】
よって、先行するラウンドの、最も正確な変位推定結果ｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，ｍｉｎＲｅｓｉｄｕｅＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ））から、ＲＦＳｉｇ（ｄ，ｌ，ｆ１）を、ＲＦＳｉｇ（ｄ，ｌ，ｆ２）に適合させるサンプルにおける遅延値（図１２の遅延時間１２０８を参照）が、遅延値計算部５００において、以下のように算出される。
【０１８０】
【数１】
2011089898.tif 000027
【０１８１】
ここで、ｆｓは、ＲＦ信号のサンプリング周波数であり、ｃは、走査された媒体における音速である。
【０１８２】
走査された媒体における変位は、結果として、得られたＲＦ信号における遅延として反映される。
【０１８３】
各深度での遅延値が既知であるため、ＲＦＳｉｇ（ｄ，ｌ，ｆ１）またはＲＦＳｉｇ（ｄ，ｌ，ｆ２）の何れかにおける各ラインの、（全ての深度に対応する）全てのサンプルを、他のサンプルに適合するように合わせて、遅延させることができる。
【０１８４】
これは、ＲＦサンプル遅延部５０１において実行される。
【０１８５】
１つの実施形態において、ＲＦサンプル遅延部５０１における遅延は、信号補間を用いて実行される。
【０１８６】
別の実施形態では、ＲＦサンプル遅延部５０１における遅延は、分数遅延フィルタを用いて実行される。
【０１８７】
図６は、ＲＦ信号ワーピングおよびＲＦサンプル遅延を示す図である。
【０１８８】
ＲＦ信号ワーピング処理が、図６に示される。
【０１８９】
変位により、ＲＦ信号の遅延が起こることが、先述の図１２により示される。
【０１９０】
ＲＦ信号ワーピングの目的は、推定された変位と逆方向に、１つのＲＦ信号を遅延させることによって、この効果を無効にすることである。
【０１９１】
この無効化の結果として、ワープされたＲＦ信号が、相互に適合することが期待される。
【０１９２】
遅延値計算部５００から計算されたｄｅｌａｙＶａｌｕｅｓ（ｄ，ｌ）は、１つのＲＦ信号内の各サンプルが、これを達成するために遅延される値を表す。
【０１９３】
２つのＲＦ信号６００および６０１（図６）を、この例示のために用いる。
【０１９４】
データ６０２は、ある推定ラウンドの後に、遅延値計算部５００から計算されたｄｅｌａｙＶａｌｕｅｓ（ｄ，ｌ）を示す。
【０１９５】
ｄｅｌａｙＶａｌｕｅｓ（ｄ，ｌ）の特定の深度での値が、ＲＦ信号６００における、同じ深度でのサンプルが、遅延値計算部６０１に適合するための遅延に必要な量を表すことが分かる。
【０１９６】
しかしながら、ｄｅｌａｙＶａｌｕｅｓ（ｄ，ｌ）における遅延値は、常に整数であるわけではない。
【０１９７】
よって、ｄｅｌａｙＶａｌｕｅｓ（ｄ，ｌ）に従って、ＲＦ信号６００における各サンプルを遅延できるようにするため、信号補間または分数遅延フィルタが、２つの選択候補として挙げられる。
【０１９８】
変位推定部１０１をＲＦ信号に適用することで、第１ラウンドに用いられる変位と、後続ラウンドに用いられる残留変位を得て、最終的な変位を得るために、それらを組み合わせる。
【０１９９】
好ましい実施形態が図９に示されるが、これに限定されるものではない。
【０２００】
図９は、自己相関を用いた変位推定を表す。
【０２０１】
ＩＱ復調部９００は、ＲＦ信号 ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ）を、ベースバンド信号ＩＱＳｉｇ（ｄ，ｌ，ｆ）に変換する。
【０２０２】
自己相関計算部９０１は、以下の式に従って、ａｕｔｏｃｏｒｒ（ｄ，ｌ）を計算する。
【０２０３】
【数２】
2011089898.tif 000028
【０２０４】
ここで、ｃｏｎｊ（）は、複素共役を表す。
【０２０５】
最後に、以下の式に従って、変位計算部９０２により、ａｕｔｏｃｏｒｒ（ｄ，ｌ）が、変位に変換される。
【０２０６】
【数３】
2011089898.tif 000029
【０２０７】
ここで、ａｒｇ（）は、複素数の偏角を計算する関数である。
【０２０８】
１から開始するラウンド（第１ラウンドを表す）により、ｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，０）は、ゼロに初期化される。
【０２０９】
図２は、ウインドウ計算方法を示す図である。
【０２１０】
ウインドウ計算部１０２により、各推定ラウンドにおける、各ラインの各深度に対し、異なる推定ウインドウを決定する。
【０２１１】
これは図２に示される。
【０２１２】
図３は、ウインドウサイズ計算の具体例を示す図である。
【０２１３】
ウインドウサイズ計算部２００（図２）は、各推定ラウンドに対するウインドウサイズの決定をする。
【０２１４】
このブロックの出力は、ｗｉｎＳｉｚｅ（ｄ，ｌ）である。
【０２１５】
好ましい実施形態において、各ラウンドに対するウインドウサイズは、ラウンドの関数が減少するにつれて、変化する。
【０２１６】
これは図３に示される。
【０２１７】
ウインドウサイズ計算部２００（図２）のある実施形態において、図３の（ａ）欄に示されるように、ウインドウサイズは、減少関数ｗｉｎＳｉｚｅＲｏｕｎｄ（ｒｏｕｎｄ）により、推定ラウンド数に、直接関係する。
【０２１８】
ｃｕｒＲｏｕｎｄによって特定される対象推定ラウンドについて、以下に基づいて、全ての深度に対するウインドウサイズが特定される。
【０２１９】
全てのｄおよびｌについて、
ｗｉｎＳｉｚｅ（ｄ，ｌ）  ＝  ｗｉｎＳｉｚｅＲｏｕｎｄ（ｃｕｒＲｏｕｎｄ）
【０２２０】
「固定ウィンドウイングスキーム」は、変位推定に用いられる全ての深度で推定ウインドウサイズとなるｗｉｎＳｉｚｅ（ｄ，ｌ）の同じ値を選択する処理である。
【０２２１】
「固定ウィンドウイングスキーム」の利点は、必要な演算量が多くなく（比較的少なく）、かつ、ＲＦ信号エネルギーが、深度方向に沿って、規則正しく配分されている場合に、適していることである。
【０２２２】
ウインドウサイズ計算部２００の別の実施形態において、各深度でのウインドウサイズは、上限であるｍａｘＷｉｎ（ｒｏｕｎｄ）と、下限であるｍｉｎＷｉｎ（ｒｏｕｎｄ）と、ＲＦ信号電力ｓｉｇＰｏｗ（ｄ，ｌ）とに基づいて計算される。
【０２２３】
ｍａｘＷｉｎ（ｒｏｕｎｄ）およびｍｉｎＷｉｎ（ｒｏｕｎｄ）は、ラウンドの減少関数である。
【０２２４】
これは、「瞬間電力ウィンドウイングスキーム」として、図３の（ｂ）欄に示される。
【０２２５】
以下の条件が適用される。
【０２２６】
【数４】
2011089898.tif 000030
【０２２７】
また、図３の（ｂ）欄に示されるように、ｗｉｎＳｉｚｅ（ｄ，ｌ）は、ｓｉｇＰｏｗ（ｄ，ｌ）、つまり、ｓｉｇＰｏｗ  ＝  ０に対応する最大ウインドウサイズと、最大ｓｉｇＰｏｗに対応する最小ウインドウサイズとに反比例してもよい。
【０２２８】
「瞬間電力ウィンドウイングスキーム」は、「固定ウィンドウイングスキーム」と比較して、必要な演算量が多いが、特に、ＲＦ信号エネルギーが、深度方向に沿って、かなり不均一である場合に、より精度が高い。
【０２２９】
信号対ノイズ比の低さを克服するために、低い信号電力を有する領域に対して、より大きな推定ウインドウが指定され、より詳細に変位を分布するために、大きな信号電力を有する領域に対して、より小さな推定ウインドウが指定される。
【０２３０】
しかしながら、信号エネルギーが規則正しく配分されているＲＦ信号に関しては、「固定ウィンドウイングスキーム」と「瞬間電力ウィンドウイングスキーム」とは大差がない。
【０２３１】
ウインドウサイズ計算部２００の別の実施形態において、全ての深度でのウインドウサイズを、全てのウインドウ内の信号エネルギーが同量に保たれるように計算してもよく、これは、「一定エネルギーウィンドウイングスキーム」と称される。
【０２３２】
信号電力計算部２０１（図２）により、フレーム方向に沿う、ＲＦ信号の平均電力が計算される。
【０２３３】
信号電力計算部２０１は、ワープされたＲＦ信号 ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ）と、対象ラウンド数ｃｕｒＲｏｕｎｄとを、入力として取得する。
【０２３４】
ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｃｕｒＲｏｕｎｄ）内には、複数のフレームがあり、電力が、以下の通り計算される。
【０２３５】
【数５】
2011089898.tif 000031
【０２３６】
ここで、Ｎは、計算に用いるために選択されたフレームの総数である。
【０２３７】
図４は、対称ウインドウおよびエネルギー均等ウインドウの例を示す図である。
【０２３８】
ウインドウ境界計算部２０２（図２）により、各ラインの各深度でのウインドウ境界が計算される。
【０２３９】
これは図４に示される。
【０２４０】
ウインドウ境界計算部２０２のある実施形態においては、ウインドウサイズ計算部２００から計算されたｗｉｎＳｉｚｅ（ｄ，ｌ）が入力であり、ｗｉｎＳｔａｒｔ（ｄ，ｌ）およびｗｉｎＥｎｄ（ｄ，ｌ）が、以下の式に従って、対応する深度を中心に、ウインドウが対称になるように計算される（「対称ウインドウ」と称される）。
【０２４１】
【数６】
2011089898.tif 000032
【０２４２】
ここで、ＲＯＵＮＤ（）は、最も近い整数に丸める処理を示す。
【０２４３】
これは、図４の（ａ）欄に示される。
【０２４４】
対称ウインドウの利点は、必要とされる演算量が多くないことである。
【０２４５】
これは、ＲＦ信号電力が、深度方向において、サンプル毎に突然変化しない場合に適している。
【０２４６】
ウインドウ境界計算部２０２の別の実施形態においては、次の通りである。
【０２４７】
つまり、ウインドウサイズ計算部２００から計算されたｗｉｎＳｉｚｅ（ｄ，ｌ）が、ウインドウ境界計算部２０２の入力である。
【０２４８】
そして、ｗｉｎＳｔａｒｔ（ｄ，ｌ）およびｗｉｎＥｎｄ（ｄ，ｌ）が、以下の式により、各深度の両側での信号エネルギーが等しくなるように（「エネルギー均等ウインドウ」と称される）計算される。
【０２４９】
【数７】
2011089898.tif 000033
【０２５０】
これは、図４の（ｂ）欄に示される。
【０２５１】
「エネルギー均等ウインドウ」は、「対称ウインドウ」と比較して、必要な演算量が多いが、従来のウィンドウイング技術においてバイアスの原因となっていた、深度方向に沿う、信号電力の不均一な分布の影響を抑制できる。
【０２５２】
図７は、収束に導く方法を示す図である。
【０２５３】
図１の収束ガイド部１０３による、本発明において説明した方法で、収束が可能であることが保証される。
【０２５４】
収束ガイド部１０３は、図７に示されるように、ワープされたＲＦ信号 ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ）を、当該収束ガイド部１０３の入力として取得する。
【０２５５】
ＲＦ信号差分計算部７００は、ワープされたＲＦ信号間の差分を計算し、各ラインの各深度について、各推定ラウンドにおける差分を、ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）として出力する。
【０２５６】
ＲＦ信号ワーピング部１００の主な目的は、ＲＦ信号の１つを、他と適合するように、修正することであるので、この残差（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）は、ＲＦ信号同士が、どの程度適合しているかの尺度になる。
【０２５７】
（ｒｏｕｎｄにより特定される）ある特定の推定ラウンドについて、推定された変位ｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）の質を評価する目的で、ＲＦ信号ワーピング部１００が、当該ＲＦ信号ワーピング部１００の入力として、ｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）を取得する。
【０２５８】
このことにより、ＲＦ信号がワープされ、適合レベルを評価するために、ワープされた信号間の差分が計算される。
【０２５９】
これらのワープされた信号は、後続ラウンドの変位推定のための入力としても用いられ、よってＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ＋１）と表される。
【０２６０】
よって、ＲＦＳｉｇＷａｒｐ（ｄ，ｌ，ｆ，ｒｏｕｎｄ＋１）から、ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）が計算される。
【０２６１】
ＲＦ信号差分計算部７００（図７）で行われる計算の一例として、以下の式（つまり、二乗差分和）が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【０２６２】
【数８】
2011089898.tif 000034
【０２６３】
ここで、ｆ１およびｆ２は、推定に用いるために選択された２フレームを表す。
【０２６４】
この例において、１ラインの全ての深度に対し同一の信号差分値が指定され、これは、対応するラインのＲＦ信号が、全体的に適合していることを表す。
【０２６５】
小さな領域で変位が起こるだけではないときには、「二乗差分和」が適しており、その結果、ライン全体に反復が起こる。
【０２６６】
なお、ＲＦ信号差分計算部７００（図７）で行われる計算の別の例として、以下の式（つまり、絶対差分）が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【０２６７】
【数９】
2011089898.tif 000035
【０２６８】
ここで、ｆ１およびｆ２は、推定に用いるために選択された２フレームを表す。
【０２６９】
この例において、各ラインの各深度は、個別の信号差分値を有し、これは、ＲＦ信号が、局所的に適合していることを表す。
【０２７０】
深度方向に小さな領域だけで、変位が起こる場合には、「絶対差分」が適しており、その結果、その領域内での局所的反復が可能になる。
【０２７１】
最小残余計算部７０１は、以下の式に基づき、ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）における、各深度およびラインについて、残余が最小であるラウンド数を確認する。
【０２７２】
これは、最も正確な推定結果を表す。
【０２７３】
【数１０】
2011089898.tif 000036
ここで関数
【０２７４】
【数１１】
2011089898.tif 000037
は、ｆ（ｘ）を最小化するｘの値を返す。
【０２７５】
収束ガイド部１０３（図１）の出力は、対象ラウンド数ｃｕｒＲｏｕｎｄと、残余が最小であるラウンド数ｍｉｎＲｅｓｉｄｕｅＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ）と、信号差分ｒｅｓｉｄｕｅ（ｄ，ｌ，ｒｏｕｎｄ）とである。
【０２７６】
出力スイッチ１０４（図１）は、入力として、ｃｕｒＲｏｕｎｄおよびｍｉｎＲｅｓｉｄｕｅＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ）を取得する。
【０２７７】
ｃｕｒＲｏｕｎｄが最大値に達すると、出力スイッチ１０４は、最も精度の高い変位推定結果ｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，ｍｉｎＲｅｓｉｄｕｅＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ））を、最終的な出力ｄｉｓｐＯｕｔとして選択する。
【０２７８】
そうでなければ、対象ラウンドｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，ｃｕｒＲｏｕｎｄ）が、変位推定される代わりに、次の推定ラウンドのための、ＲＦ信号ワーピング部１００の入力として用いられるｄｉｓｐＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ，ｍｉｎＲｅｓｉｄｕｅＲｏｕｎｄ（ｄ，ｌ））が、変位推定される。
【０２７９】
ここで、変位推定の多次元（２次元 or ３次元）への拡張について説明する。
【０２８０】
つまり、上記の実施の形態では、超音波の深さ方向における１次元の変位を求める方法について説明した。
【０２８１】
しかしながら、血管や腫瘍組織などの生体組織の拍動方向は、１次元内に限定されず、また、場所によっても、方向が異なる。
【０２８２】
したがって、複数方向から超音波を送受信することで、特定位置における複数方向の変位を求め、組織の２次元あるいは３次元的な変位を測定してもよい。
【０２８３】
こうして、多次元で測定することにより、診断精度の更なる向上が見込まれる。
【０２８４】
そして、超音波を複数方向から送受信する方法としては、超音波振動子が、１次元に配置されたリニアプローブを用いて、プローブの方向を変化させる、または、超音波振動子が２次元アレイ上に配置されたマトリックスプローブを用いて、ビームフォーミングにより、複数方向での送受信を行うなどの方法が可能である。
【０２８５】
ここで、リニアプローブの使用時には、磁気センサや加速度センサ、ジャイロなどの位置センサ、あるいは、カメラにより、プローブの位置を追跡することで、プローブの位置や向きを取得して、送受信時の方向を決定できる。
【０２８６】
なお、変位測定は、超音波の深さ方向など、１方向についてのみ行い、この変位ベクトルを、所定の２次元あるいは３次元座標系の各軸方向の成分に分解することで、多次元的に評価してもよい。
【０２８７】
この時、超音波の深さ方向と所定の座標系との対応関係が必要となるが、上述の位置センサなどを用いて、プローブの位置と方向を取得することで、両者を対応付ける。
【０２８８】
ここで、癌検出、あるいは、動脈硬化（血管の硬さ）の診断などに適用できる歪み計測（エラストグラフィ）との関連について補足説明する。歪みは、変位の時間微分であり、組織の硬さの指標となるが、本発明により、変位推定精度が向上することで、結果として、歪みの測定精度が向上する。エラストグラフィでは微分値を用いるが、その他に、組織の特定部位の変位の時間変化波形なども、組織性状の判定に利用できる。例えば、癌の成長過程においては、癌の周辺および内部に血管新生が起こることが知られている。従って、これら血管の拍動、あるいは、血管の拍動に伴う周囲の組織の拍動などを変位量の時間変化として捉え、変化のパターンや振幅が癌に特有のものであるかどうかを判定することで、癌検出を行ってもよい。
【０２８９】
こうして、変位推定装置であって、超音波信号を用いて、変位を反復的に推定する変位推定装置であって、少なくとも１つの超音波信号を、トランスデューサから走査された媒体に送信する手段と、前記走査された媒体から反射した超音波信号を受信する手段と、推定ウインドウサイズを計算する手段と、前記推定されたウインドウサイズに基づいて、前記推定ウインドウの境界を計算する手段と、前記計算された推定ウインドウを用いて、前記超音波信号の深度方向に沿って変位を推定する手段と、前記推定された変位に基づいて、前記超音波信号をワーピングする手段と、前記方法の収束傾向を前記ワープされた超音波信号間の差分として計算することで、収束を導く手段とを備える変位推定装置が開示される。
【０２９０】
こうして、開示される方法は、収束を導く方法、精度を限定する要素を克服する方法、および結果の質を評価する方法を含み、包括的な反復手法を用いて変位推定の精度を保証する。
【０２９１】
つまり、次の問題が解決される。つまり、超音波を用いる変位推定において、先行技術では、推定の精度と解像度を高める方法を提供している。その中には、複数段階からなる推定または反復推定を導入しているものもある。しかし、（１）反復推定の収束を導く方法を組み込んだ包括的な反復手法の欠如、（２）品質評価方法の欠如、および（３）変位の精度を限定する要素を克服する方法の欠如という問題があり、本発明の変位推定方法により、これらの問題が解決される。
【０２９２】
なお、本発明は、装置、システム、集積回路などとして実現できるだけでなく、その装置等を構成する処理手段をステップとする方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体として実現したり、そのプログラムを示す情報、データ又は信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データ及び信号は、インターネット等の通信ネットワークを介して配信してもよい。
【０２９３】
なお、本発明について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２９４】
本技術は、超音波信号を用いて変位を推定する方法を導入するものである。これは、最終的な結果、または、更なる処理のための中間ステップの何れであっても、変位推定が必要な適用例において、用いることができ、医療用および工業用超音波機器に用いることができる。
【０２９５】
変位を精度よく推定できる変位推定装置が提供でき、ひいては、推定された変位に基づいて、悪性腫瘍と良性腫瘍、あるいは正常組織を判別するために適した情報を提供可能な変位推定装置が提供できる。
【符号の説明】
【０２９６】
１Ｘ  変位推定装置
１Ｘ１  送信部
１Ｘ２  受信部
１Ｘ３  サイズ計算部
１Ｘ４  境界計算部
１Ｘ５  推定部
１Ｘ６  ワーピング部
１Ｘ７  収束制御部
１２０１ｓ  超音波信号
１２０３ｘ  下層構造
１Ｘ３Ｍ  ウインドウサイズ
１Ｘ４Ｍ  境界の情報
１ＸｂＭ  変位
１Ｘ７Ｍ  相関値
１００  ＲＦ信号ワーピング部
１０３  収束ガイド部
１０１  変位推定部
１０２  ウインドウ計算部
１０４  出力スイッチ
６００、１２０４、１２０５  ＲＦ信号
８００、１２００  超音波トランスデューサ
１２００Ｍ  媒体
１２０８  遅延時間
１００ａ、１０１ａ、１０２１ａ、１０３ａ、１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ  情報
２０１ｎ、２０１ｍ、２０１ａ、２００ｍ、２００ａ、２０２ａ  情報
５００ｍ、５００ａ、５０１ｎ、５０１ａ  情報
７００ｍ、７００ａ、７０１ａ、７００ｂ  情報
９００ｍ、９００ａ、９０１ｍ、９０１ａ、９０２ａ  情報
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号を用いて、変位を反復的に推定する変位推定方法であって、
少なくとも１つの超音波信号を走査して、媒体に送信するステップと、
走査された前記媒体から反射した前記超音波信号を受信するステップと、
ウインドウサイズを計算するステップと、
計算された前記ウインドウサイズに基づいて、ウインドウの境界を計算するステップと、
計算された前記境界による前記ウインドウを用いて、前記超音波信号のそれぞれの深度における変位を推定するステップと、
推定された前記変位に基づいて、前記超音波信号をワーピングするステップと、
ワーピングされた前記超音波信号を用いて、前記超音波信号の相関値が大きくなるように、この変位推定方法の収束を導くステップとを含む
変位推定方法。
【請求項２】
計算される前記ウインドウサイズは、連続する複数のラウンドに用いられる前記ウインドウサイズが、徐々に減少するように、変化される
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項３】
連続する複数の前記ラウンドの前記ウインドウサイズの上限と下限とのそれぞれを、徐々に減少するように変化させるステップと、
各深度での信号電力に基づいて、それぞれの深度における前記ウインドウサイズとして、その深度における上限と下限との間のウインドウサイズを計算するステップとを含む
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項４】
前記ウインドウサイズは、全てのウインドウにおける信号エネルギーが等しくなるように計算される
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項５】
超音波信号の相関値が大きくなるほど、より小さい前記ウインドウサイズが計算される
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項６】
前記境界は、当該境界による前記ウインドウが、対応する深度を中心に、対称のウインドウになるように、当該深度の両側に延びる
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項７】
前記境界は、対応する深度での、当該境界による前記ウインドウの両側における信号エネルギーが互いに等しくなるように、対応する前記深度の両側に延びる
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項８】
前記超音波信号を、計算された遅延値により、前記超音波信号内の各サンプルを遅延させることにより、ワーピングするステップを含む
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項９】
各ラウンドの後に、ワーピングされたＲＦ信号間の信号差分を計算するステップと、
計算された前記信号差分が最小になるラウンドを決定するステップとを含む
請求項１記載の変位推定方法。
【請求項１０】
超音波信号を用いて、変位を反復的に推定する変位推定装置であって、
少なくとも１つの超音波信号を走査して、媒体に送信する送信部と、
走査された前記媒体から反射した前記超音波信号を受信する受信部と、
ウインドウサイズを計算するサイズ計算部と、
計算された前記ウインドウサイズに基づいて、ウインドウの境界を計算する境界計算部と、
計算された前記境界による前記ウインドウを用いて、前記超音波信号のそれぞれの深度における変位を推定する推定部と、
推定された前記変位に基づいて、前記超音波信号をワーピングするワーピング部と、
ワーピングされた前記超音波信号を用いて、前記超音波信号の相関値が大きくなるように、当該変位推定装置が実行する変位推定方法の収束を導く収束制御部とを含む
変位推定装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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